|
Примеры решения задач
1. Выбор контраста для решения задач. 2. Задача по обнаружению объекта. 3. Задача по защите периметра объекта. 4. Задача по защите периметра здания. 5. Чтение номера стоящей автомашины. 8. Выбор параметров видеокамеры и объектива, необходимых для чтения номеров ЖД вагонов и цистерн. 9. Задача по расчету подсветки, необходимой камере для работы в ночное время суток. 11. Проектирование секторов наблюдения.
Основной принцип работы программы Любое изменение значения параметров в разделе «Исходные данные» приводит к вычислению основных характеристик, необходимых для решения видеокамерой тех или иных задач. Основные характеристики выводятся в разделах «Параметры обнаружения», «Варианты фокусировки объектива» и «Углы рения камеры». Чтобы получить полную картину о том, что оператор увидит на мониторе необходимо объект установить на расстояние найденное программой и отображаемое в окнах «Расстояние обнаружения», «Расстояние различимости» и «Расстояние идентификации». Для чего в окно «Расстояние до объекта» ввести эти значения. Остальные способы решения задач, возникающих в системах видеонаблюдения, Вы узнаете прочитав этот раздел сайта. Работа с программой
1. Выбор контраста для решения задач Контраст это параметр, показывающий, как выделяется объект наблюдения относительно фона. Если человек в черной одежде стоит на фоне белой стены, то его контраст близок к единице. Если одежда человека и фон имеют одинаковый цвет, то контраст будет близким к нулю. Существуют три градации контраста, которые нужно использовать в расчетах:
2. Задача по обнаружению объекта. Работа с программой начинается с выбора объекта наблюдения. Таким объектом может быть все что угодно. Поэтому предположим, что объектом наблюдения является человек-лилипут. Его размеры нужно ввести в программу. Для этого, нажимаем пункт меню “Разное” --> “Параметры”. Откроется окно “Изменить
начальные установки” (Рис. 1). В раздел “Объект наблюдения” вводим имя объекта “Лилипут” и его размеры (ширина 0.2 м; высота 0.5 м). Закрываем окно нажатием кнопки “ОK”. Теперь в исходных данных программы мы должны выбрать “наш” объект наблюдения. Для этого мышкой раскрываем список объектов и выбираем в нем опцию “Лилипут” (Рис. 2). Необходимо контролировать проселочную дорогу шириной 6 метров. На этой дороге нужно обнаружить нашего человека-лилипута на удалении 50 метров. Вероятность обнаружения выбираем исходя из того, что из 100 попыток обнаружить человека-лилипута удачными окажутся 95. Следовательно вероятность обнаружения в этом примере равна 0,95. 1. Для решения этой задачи введем исходные данные: 1.1. Выбираем в программе "Объект наблюдения" - "Лилипут". Его размеры мы ввели в начале главы 5. 1.2. Заходим в пункт меню «Разное» --> «Параметры» и устанавливаем нужную вероятность обнаружения 0,95 (рис. 3) и нажав кнопку «ОК» закрываем окно.
1.3. Контраст на объекте выберем из диапазона средних значений - 0,4. 1.4. Выберем высоту установки камеры 3 метра. 1.5. Будем использовать камеру с разрешением 470 твл и форматом матрицы 1/3 дюйма. 1.6. Монитор, на который будет выводиться изображение 21”. 2. Выбор необходимого фокусного расстояния объектива. 2.1. Установим в окне «Расстояние до объекта (м)» расстояние на котором нужно обнаружить объект 50м. 2.2. Установим курсор в окошко «Фокусное расстояние (мм)». Колесиком Scroll изменяем значения фокусных расстояний объектива до тех пор пока значения параметра «Расстояние обнаружения» не станет равным 50м.
В результате при фокусном расстоянии 22,0 мм расстояние обнаружения
равно 50м.
Задача решена. При этом на 21” мониторе размеры нашего человека-лилипута на расстоянии 50 метров составляют 7,8х27 мм. Осталось изобразить найденные решения в виде чертежа с подробными указаниями монтажным организациям. В качестве инструмента для выполнения чертежа можно использовать AutoCad, Visio или любой другой графический редактор. 3. Задача по защите периметра объекта. Необходимо по периметру объекта, огороженного забором с периметральной сигнализацией, установить систему видеонаблюдения. Весь периметр в темное время суток освещен искусственным освещением. Требуется определить интервалы, через которые необходимо установить камеры, определить значения фокусных расстояний объективов и расстояние фокусировки для получения максимальной глубины резкости при самых плохих условий освещенности, когда диафрагма объектива полностью открыта. 1. Для решения этой задачи введем исходные данные: 1.1. Контраст изображения в вечернее время с учетом хорошего освещения выбераем 0,3. 1.2. Высоту установки видеокамеры принимаем равной 3 метра. 1.3. Выбираем видеокамеру с разрешением 470 твл и матрицей 1/3 дюйма. 1.4. В качестве объекта наблюдения выбираем опцию “человек”. 1.5. Вероятность обнаружения выберем невысокую – 0,9 1.6. Изображение будем контролировать на «21"» мониторе. 1.7. Устанавливаем фокусное расстояние равным 8 мм.
2. Определение характеристик интервала периметровой системы видеонаблюдения.
2.1. В разделе “Параметры обнаружения” смотрим значение параметра “Расстояние обнаружения”. Оно оказывается равным 48,5 м. 2.2. Вводим значение "Расстояния обнаружения" 48.5 метров в окно "Расстояние до объекта" и нажимаем Enter. 2.3. Оприделяем угол наклона камеры минимизируя мертвую зону под ней, обеспечивая при этом видимость следующей по периметру камеры. В результате получаем угол наклона 12º. 2.3. При угле наклона камеры 12 градусов мертвая зона составляет величину 6,5 м. 2.4. Интервал между камерами получается равным 48,5 – 6,5 = 42 м. 2.5. Глубина резкости для этого случая будет от 1,6 метров до бесконечности при фокусировке объектива на 6,2 м. 2.6. Выставляем значение параметра “Расстояние до объекта” равным 48,5м (расстояние обнаружения) и смотрим размер объекта на мониторе. Он оказывается равным 7,4х26 мм. Такие параметры вполне допустимы для завершения работы над нашей задачей – расстояние, на котором наша камера позволит из 100 нарушителей обнаружить 90, будет равно 48,5 м.
Для сравнения произведем аналогичные вычисления для объективов с фокусным расстоянием 12 и 16 мм и вероятностями обнаружения 0,95 и 0,99. Результаты вычислений сведем в таблицу:
В таблице, столбец «расстояние фокусировки» указывает нам, на какое расстояние нужно наводить резкость объектива, чтобы получить заявленную в таблице глубину резкости. Столбец «Размер объекта на 21" мониторе» показывает горизонтальный размер человека, находящегося на расстоянии равном интервалу между камерами плюс зона тени под следующей камерой. Не стоит огульно копировать приведенные результаты решения задач. Выбранный для примера контраст сцены 0,3 для реального периметра слишком высок. В практической деятельности контраст нужно выбирать не более 0,2, да и вероятность обнаружения 0,9 слишком низка. . Задача по защите периметра здания
Мы имеем внешний вид здания (рис. 6), на котором по периметру нужно установить видеокамеры. Установим одну из них с основной задачей различать всех входящих в главный вход здания.
Исходные данные: Зададим требования по различимости объектов перед входом в здание как вероятность 0,995 введя это значение в Разное -- > Параметры--> Вероятность различимости.Установим камеру на высоте 4 метра. Разрешающую способность и фокусное расстояние объектива оставим по умолчанию 470 твл и 8мм соответственно.Контраст выберем из диапазона средних значений 0,3 Установим "Расстояние до объекта (м)" равное расстоянию до входа в здание 34,7м. На время поиска решений для нашей задачи, выберем монитор LCD с самым лучшим разрешением 22,2" 3840 х 2400 пикселов.
Выбор фокусного расстояния объектива и разрешающей способности видеокамеры. Смотрим значение расстояния различимости в одноименном окне. При фокусном расстоянии объектива 8мм оно равно 16,4м, что значительно меньше требуемого значения 34,7м. Подбираем значения фокусных расстояний в окне "Фокусное расстояние объектива (мм)" до тех пор пока "Расстояние различимости" не примет значение близкое к 34,7м. Получилось фокусное расстояние 16мм, а расстояние различимости 34,4м.
Выбираем в окошке "Диагональ монитора ЖКИ", монитор, который реально будет установлен, а именно 19" 1600 х 1200 с отношением сторон 4/3. После такой замены расстояние различимости уменьшилось с 34,4м до 31,3м. Восстановить требуемое значение расстояния различимости 34,4м можно увеличивая фокусное расстояние объектива или разрешающую способность камеры. Фокусное расстояние увеличивать нецелесообразно из-за значительного сужения секторов наблюдения, а вот увеличение разрешающей способности камеры с 470твл до 600твл оправданно, что в результате восстанавливает расстояние различимости.
Определение расстояния наводки на резкость: Установим F число планируемого объектива в окне "Диафрагменное число". Допустим оно равно 1,4.Изменяем значение "Расстояние до объекта" выбирая максимальный диапазон глубины резкости. При фокусировке объектива на 17 метров, глубина резкости составляет от 9,6м до 54,3м.
Уменьшим размер мертвой зоны под камерой для чего: В окошко "Расстояние до объекта" вводим значение расстояния до главного входа 34,7 метров. Изменяем "Угол наклона камеры" добиваясь минимального значения мертвой зоны. В результате при угле наклона 9 градусов расстояние мертвой зоны равно 14,5 метров при высоте сектора перед входом в здание 2,4 метра.
Результат проектирования для вероятности различимости 0,995 и контрасте 0,3: 1. Разрешающая способность камеры 600твл. 2. Фокусное расстояние объектива 16мм. 3. Расстояние наводки на резкость 17 метров. 4. Глубина резкости при F1.4 от 9,6 до 54,3 метров.
5. Чтение номера, стоящей автомашины.
Вариант 1 Допустим Вам нужно определить какое фокусное расстояние необходимо установить на объективе, для того, что бы с расстояния 10 метров от автомобиля изображение на мониторе, позволяло службе охраны прочитать его номерной знак. Для решения этой задачи на основной форме выберем высоту, на которой будет установлена видеокамера и разрешающую способность камеры. В нашем примере 3 метра и разрешение 1,3Мп. Монитор выберем 21" ЭЛТ. Установим в окошке «Расстояние до объекта» значение 10 метров. Изменяя значения фокусных расстояний объектива, смотрим при каком его значении в правом верхнем углу основной формы, появится изображение номерного знака автомобиля. Получилось 8,5 мм. Теперь подберем точное значение фокусного расстояния, вводя их вручную. В результате получилось, что при фокусном расстоянии 8,4 миллиметров, охрана свободно будет читать номерной знак. Осталось выбрать оптимальный угол наклона видеокамеры. Его значение равно 13 градусам.
Вариант 2 Имеем видеокамеру с объективом 6 мм, разрешающей способностью 600 твл и монитор ЭЛТ с диагональю 21". Требуется определить, на каком расстоянии от номерного знака автомашины нужно установить видеокамеру, чтобы охрана смогла на мониторе прочитать номерной знак? Камеру планируется установить на высоте 1 метра. Это расстояние и выбираем в окошке программы «Высота установки камеры». Вводим в программу и фокусное расстояние имеющегося в распоряжении объектива 6 мм. Изменяя значения расстояний до объекта, смотрим при каком его значении в правом верхнем углу основной формы, появится изображение номерного знака автомобиля. Получилось 4 м. Теперь подберем точное значение расстояния, вводя его вручную. В результате получилось, что при фокусном расстоянии 4,7 метра, охрана свободно будет читать номерной знак. Определение параметров видеокамеры и объектива, необходимых для чтения номеров автомашин находящихся в движении.
Основная проблема при чтении номеров автомобилей, находящихся в движении, состоит в том, что изображение номера оказывается смазанным. Причем чем больше скорость автомобиля, тем сильней смазывается изображение. Единственным средством борьбы с этой проблемой является уменьшение времени в течение, которого происходить накопление зарядов в ПЗС матрице.
Для определения необходимой выдержки видеокамеры через меню «Разное» откройте раздел «Чтение номеров» -- > "Автомашин".1. Установите расстояние (Расстояние до объекта), с которого планируется чтение номера автомобиля. Допустим 25 метров 2. Установите скорость автомашины и высоту установки камеры. Например 80 км/ч, 5м 3. «Допустимое смещение линии» и «Толщина линий цифры/буквы» пока можете не изменять. 4. Изменяя значения фокусных расстояний, добейтесь появления в верхнем правом углу изображения номерного знака автомашины. Это означает, что размер номера достаточен для его безошибочного чтения. 5. Посмотрите значение выдержки - 1/840 (рис.7). Если она короче 1/1000 (например 1/1449), то желательно увеличить расстояние до машины («Расстояние до объекта»).
Помните, что чем короче выдержка, тем больше должна быть освещенность. Для работы видеокамеры в дневное время без дополнительной подсветки необходимо добиваться максимально возможного значения выдержки. Появление в окошке "Выдержка в видеокамере" фразы "Нет номера" говорит о том, что значение фокусного расстояния объектива не достаточно для чтения номера. Необходимо увеличить фокусное расстояние объектива. Если Вас интересуют размеры номерного знака в мм/пикс/%, то через меню "Разное" --> "Параметры" создайте новый объект с размерами номерного знака и выберете его в окне "Объект наблюдения". . Выбор параметров видеокамеры и объектива, необходимых для чтения автомобильных номеров сразу с 2-х и более полос движения. Исходные данные: Ширина полосы движения – 4 м Высота установки камеры 5 м Скорость автомобиля перед постом ГАИ – 60 км/ч Установим ориентировочное расстояние, с которого планируем читать автомобильный номер. Для чего в окошке «Расстояние до объекта» выбираем 20 метров (можно выбрать другое значение). Изменяем, фокусные расстояния объектива до значения, при котором ширина сектора «Вид сверху» на 20м не будет равна 8 метрам (Для двух полос). Получилось 12 мм. Переходим в раздел «Чтение номеров» и устанавливаем скорость 60 км/ч. Изменяем разрешение IP видеокамер до момента появления в правом верхнем углу номерного знака автомобиля. Получилось 3,1 Мп при видеокамере с форматом матрицы 1/3". В результате выдержку в видеокамере необходимо установить короче 1/742 секунды рис.8.
8. Выбор параметров видеокамеры и объектива, необходимых для чтения номеров ЖД вагонов и цистерн.
Для определения необходимой выдержки видеокамеры через меню «Разное» откройте раздел «Чтение номеров» --> "ЖД вагонов". 1. Установите расстояние (Расстояние до объекта), с которого планируется чтение номера цистерны. Допустим 18 метров. 2. Установите скорость состава. Например 15 км/ч. 3. «Допустимое смещение линии» выберем 20%. 4. Посмотрите найденное программой значение фокусного расстояния объектива (мм) в одноименном окне (22 мм). 5. Посмотрите значение выдержки - 1/1042 (рис.9). Если выдержка получилась короче 1/1000 (например 1/1449), то желательно использовать дополнительную подсветку. 6. Если в окошке "Выдержка в камере" вместо выдержки присутствует надпись "Номер не читаем" то увеличьте значение разрешающей способности видеокамеры или фокусного расстояния объектива .
Мы имеем внешний вид здания (рис. 10), с установленной видеокамерой. Необходимо рассчитать и установить прожектор.
Для этого заходим в пункт меню «Разное» --> «Подсветка» и выбираем галогеновую лампу с цветовой температурой 3200 градусов Кельвина. Выбираем отражатель прожектора прямоугольной формы рис. 11. В окошках «Угол освещения по горизонтали» и «Угол освещения по вертикали» вводим значения для используемого нами прожектора. Пусть для нашего случая он равен 120 градусам. Изменяя мощность прожектора на форме «Подсветка» добиваемся того, что бы отношение с/ш видеокамеры на максимальном удалении (34,7 м) соответствовало хорошим или отличным градациям качества видеосигнала. Для нашего примера, это 500 Вт.
Теперь проверим, не будет ли объект наблюдения пересвеченн на близких расстояниях к камере. Для этого изменим, расстояния в окошке «Расстояние до объекта» с 34 м до величины, когда объект наблюдения выйдет из зоны сектора. В результате, начиная с 8 м и до 12 м объект наблюдения может быть пересвечен. Для устранения этого явления выберем камеру с большим отношением с/ш.
Для этого выберем переключатель «Ввести характеристики проектируемой камеры» рис. 11 и в окошко «Отношение сигнал/шум» поставим 52 дБ. В этом случаи при 500 Вт прожекторе мы получаем изображение хорошего качества на протяжении всего сектора наблюдения.
Решение задач по контролю территорий является самой простой задачей и не требует учета контраста и вероятностей достижения результата. В этих задачах требуется всего лишь определить угол зрения видеокамеры и такие задачи способны решать все имеющиеся на сегодняшний момент программы. Для решения таких задач нам придется подобрать угол зрения видеокамеры (фокусное расстояние объектива), который позволит вывести на экран монитора требуемый участок территории.
Возьмем для примера перекресток автомобильных дорог (Рис. 12). Все, что нам нужно сделать, так это определить исходные данные в качестве выступают ближняя и дальняя границы зоны видимости. На нашем рисунке это 11,5м и 24,6 м. Устанавливаем видеокамеру на здании, закрепив ее на высоте 20 м.
Определение необходимого фокусного расстояния объектива:
Вводим в окошко "Расстояние до объекта (м)" значение расстояния до дальней границы зоны видимости - 24,6 м. Устанавливаем высоту крепления камеры - 20 метров. Изменяя угол наклона камеры добиваемся чтобы ближняя граница зоны видимости была в районе 11,5 метров. Изменяя фокусные расстояние объектива добиваемся чтобы на дальней границе зоны видимости (24,6 м) высота сектора (3-4 м) позволяла светофору попасть в поле зрения камеры , одновременно контролируя значение ближней границы зоны видимости. (11,5м) В результате получилось фокусное расстояние 8 мм и угол наклона камеры 47 градусов. На рис. 13 изображена область перекрестка которая выводиться на экран монитора.
11. Проектирование секторов наблюдения. Расстояния обнаружения объекта
Сектора наблюдения определяются углами зрения, которые формируют объектив и видеокамера. В пределах этого угла изображение сцены передается на монитор. Размеры элементов изображения, которые находятся в поле зрения камеры, на экране монитора уменьшаются по мере удаления их от камеры. В связи с этим существует предельное расстояние, на котором по изображению на мониторе оператор способен обнаружить объект. Это расстояние называется “Расстояние обнаружения” и им заканчивается сектор, в пределах которого видеокамера способна донести до оператора информацию об объектах, которые на мониторе имеют минимальные размеры. Но обнаружить объект, находящийся в секторе в 100% случаев просто не реально. Обнаружению всегда будут мешать объективные и субъективные причины. Поэтому проектировать сектор наблюдения видеокамеры будем исходя из выбранной нами вероятности обнаружения при контрасте объекта с фоном равном 0,7.
Для примера возьмем объектив с фокусном расстоянием 4 мм, который установлен с видеокамерой на высоте 4 метра. Зададим жесткие требования по вероятности обнаружения (0,99). В результате расстояние обнаружения будет равно 34 м. Изобразим найденный сектор (вид сверху) наблюдения на чертеже (Рис. 14).
Теперь выберем камеру, руководствуясь размерами объекта наблюдения для чего установим объект на удалении 34м, введя это расстояние в окно «Расстояние до объекта». В результате на 21” мониторе объект будет иметь размер 5х18мм. Причем для камеры с 470твл эти размеры будут соответствовать 7х24 пиксела, а для камеры с разрешением 600твл 9х31пиксел.
Поскольку на вероятность обнаружения количество пикселов в изображении не влияет, то останавливаемся на видеокамере с разрешением 470твл. Окончательное решение мы примем, после того как определим расстояние различимости и для него выберем разрешающую способность видеокамеры.
Но сначала проведем расчет расстояния обнаружения для вероятности обнаружения 0,7. В этом случае расстояние обнаружения равно 52 метрам, а размер объекта 3х12мм или 4х14 пикселов. Рассматривая эти случаи, мы увидели, что результаты вычислений расстояния обнаружения значительно отличаются друг от друга и связано это с заданной нами вероятностью обнаружения. Чем она больше тем ближе расположен объект и тем крупней на мониторе он отображается. Расстояния различимости объекта.
Перед видеосистемой, осуществляющей контроль обстановки в общественных зданиях, местах массового пребывания людей в основном ставится задача различимости объектов. В проекте необходимо определить максимальное расстояние, на котором объект еще может быть различим. Как и расстояние обнаружения, расстояние различимости определяется с учетом заданной вероятности различимости. Чем больше вероятность различимости, тем меньше максимальное расстояние различимости и больше размер объекта на мониторе. И наоборот, чем меньше вероятность, тем больше расстояние и меньше размер объекта.
Определим расстояния различимости, используя объектив с фокусным расстоянием 4мм и 19” монитором с размером экрана 1600 х 1200 пикселов. Видеокамеру 470твл установим в общественном здании с невысоким уровнем освещенности. Напомним, что, определяя расстояния различимости, мы оперируем контрастом не объекта с фоном, а контрастом элементов одежды самого объекта. Поэтому выберем для проектирования контраст, равный 0,4. Поскольку общественное здание – это объект, который посещают большое количество людей, то вероятность различимости выберем высокой (0,99).
В результате получаем, что максимальное расстояние различимости составит 9м, а размер объекта на мониторе составит 16х57мм или 26х91пиксел. Для различимости, ширина объекта на мониторе в 16мм или 26пикселов, (т.е. по 1,5 пиксела на 1мм) вполне достаточно, а вот и расстояние различимости всего 9м маловато. Поэтому попробуем увеличить расстояние различимости за счет увеличения разрешающей способности камеры до 600 твл. Получилось расстояние различимости 10,2м с размером объекта 16х54мм или 30х105 пикселов, что составляет почти 2 пиксела на 1мм (Рис. 15). Это хороший результат для различения объекта и на нем целесообразно остановиться, но монитор, который мы используем, имеет значительно большее разрешение, чем нужно для используемой видеокамеры. Поэтому заменим его на другой более дешевый с разрешением 1280х1024.
Определим теперь расстояние различимости для вероятности 0,7. В этом случае оно равно 16 метрам, а размер объекта 10х34мм или 19х66 пикселов.
На главную | Скачать инструкцию в PDF (rar) | Обратная связь|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
