Kamerové systémy
Kamerové systémy
Medzi analytické funkcie kamier sa zaraďuje inteligentná analýza videa a používa sa prevažne u IP kamier, ktoré umožňujú obstarávať relatívne dostatočne kvalitné video pre analytické vyhodnotenie obrazu daného videa. Princíp analytických funkcií je založený na sledovaní pixelov. Napríklad, na rozpoznanie väčších objektov ako sú
automobily, postačuje približne 20 pixelov, no k presnejšej detekcii je potrebné vyššie rozlíšenie a analytické funkcie spolu s algoritmami tak pracujú väčšinou so 40-64 pixelmi.
Bežne je možné nájsť v kamerách funkcie ako napríklad: funkcia stráženia odloženého predmetu alebo krádeže predmetu, čítanie ŠPZ, prekročenie definovanej oblasti osobami alebo detekcia pohybu či zastavenia v obraze.
Dostatočná kvalita obrazu pri detekcii je rozhodujúca, a preto je potrebné určiť pri akom type čipu možno použiť funkciu detekcie pohybu. CCD čip je svojou výslednou kvalitou obrazu a rýchlosťou prispôsobenia sa zmenám vhodný pre použitie v kamerách určených k detekcii pohybu. S primeranou citlivosťou je možné
zaistiť detekciu pohybu aj v priestore s nižším osvetlením.
Rozdiel medzi bežnými digitálnymi kamerami a bezpečnostnými kamerami je v poskytovaní snímkov. Digitálne kamery ukladajú snímky iba v prípade, keď dostanú k tomu príkaz, zatiaľ čo bezpečnostné kamery to dokážu (ukladajú a prenášajú snímky) pri zistení pohybu, v prevádzkovom režime. Inými možnosťami,
ktoré ponúkajú kamery je nastavenie algoritmu pre nasledujúce úlohy: spustenie alarmu či nahrávania, prenos videa na monitor, poprípade odoslanie upozornenia.
Princíp detekcie pohybu je v podstate proces porovnávania sekvenčných snímok a určenia či rozdiely medzi nimi predstavujú pohyb. Ak existujú výrazné rozdiely medzi dvomi po sebe nasledujúcimi obrázkami, algoritmus kamery to vyhodnotí tak, že v snímanej scéne kamery došlo k pohybu. Algoritmus je teda postavený na dvoch základných parametroch – citlivosť a percentuálny podiel zmeny. Väčšinou sa
používajú dve základné metódy a to sledovanie bodov a siluety. Každá sa zameriava na sledovanie určitých vlastností objektu v scéne a porovnáva jednotlivé za sebou nasledujúce snímky. Pozadie sa definuje ako určitý modul, ktorý ostáva konštantný a nie je ovplyvňovaný geoklimatickými zmenami prostredia a tým pádom je prepojenie s inými modulmi definujúcimi odlišný objekt minimálne.
Mnoho funkcií kamier, určených na dohľad, ponúka aj možnosť výberu konkrétnej oblasti v rámci sledovaného obrazu, ktorá sa má monitorovať. Inými slovami, je potrebné detekovať pohyb len v jednej oblasti alebo zóne, prípadné prekročenie prednastavenej línie je nazývané: Cross line detection. V nastaveniach je následne možné vyberať aj koľko zmien pohybu je povolených v jednej alebo
viacerých oblastiach záujmu. Sú možné rôzne nastavenia typu: zmeny 50% pixelov v oblasti záujmu. Príkladom môže byť zmena veľkosti človeka v obraze, ale zároveň je nežiaduce reagovať na menšie objekty.
Kamery ktoré sú schopné meniť polohu svojho objektívu, sa môžu polohou prispôsobovať zaznamenaným a vyhodnoteným zmenám v danej scéne. Toto sa využíva pri analyzovaní obrazových dát, na detekciu predom určených charakteristík, ktorých základom sú definované vlastnosti sledovaného cieľa. Sú to zmeny veľkosti,
rýchlosti, tvaru alebo chronológie.
Princíp je založený na detekcii pohybu definovaného objektu. Táto funkcia je však dostupná len u kamier, ktoré umožňujú natáčanie svojho objektívu, prípadne celej kamery v rámci prepojenia vyhodnocovacieho algoritmu, po vytvorení logického záveru. Tento systém je schopný sa naučiť vytvárať vlastné matice prislúchajúce istým objektom na základe falošných poplachov a tým i zvyšovať efektivitu celého systému, v každom konkrétom prípade inštalovaného systému. Je však vhodný najmä do miest s nižšou
frekvenciou pohybu.
Ďalšou podobne pracujúcou funkciou je Radar Autotracking. Tento systém je navrhnutý pre Pan-tilt-zoom (PTZ) kamery tak, aby sa automaticky riadil smer a úroveň priblíženia jednej alebo niekoľkých kamier súčasne, pre optimálne zobrazovanie pohybujúcich sa objektov. Jedná sa o rozšírenie funkcie digital
autotracking na kompletný kamerový systém. Funkcia využíva údaje o pohybe zo sieťových radarových detektorov na hľadanie definovaných objektov záujmu. Ďalej poskytuje automatické vizuálne sledovanie objektov aj mimo aktuálneho zobrazenia kamier. Výhodou tohto systému je minimalizovanie potreby manuálneho ovládania kamier pomocou joysticku.
Ochrana pred vniknutím do priestoru stráženého perimetrom (Fence guard) je funkcia, pomocou ktorej je možné nastavovať virtuálny perimeter v zornom poli kamery. Slúži na automatické spustenie poplachu pri vstupe pohybujúcich sa objektov, napríklad osoby alebo vozidla, ktoré prekonávajú užívateľom definovanú
virtuálnu hranicu. Jeho použitie je najmä v nekritických aplikáciách ako sú napríklad priemyselné nehnuteľnosti so zníženou nočnou prevádzkou. Rozširujúcimi možnosťami tejto funkcie je, v prostredí správy, nastavenie rôznych konfigurácií: nahrávania iba v prípade poplachu, čo šetrí miesto úložiska.
Funkcia rátania počtu osôb (People counter) sa prevažne využíva pri optimalizovaní obchodného plánovania v súkromnej oblasti. Ráta, koľko ľudí vstúpilo alebo opustilo cez vyhradený priestor danú oblasť a ktorým smerom, za určitý čas. Konfigurácie niektorých funkcií umožňujú napríklad vylúčenie detí z dát
o počte osôb alebo je možné ich počítať zvlášť. Algoritmus využíva výšku osoby na zaradenie alebo vylúčenie osoby z dát o počte prichádzajúcich a odchádzajúcich osôb. Ďalším príkladom môže byť počítanie skupín, kedy sa algoritmus zameriava na malú vzdialenosť a načasovanie prechodu jednotlivcov pre určenie pohybu skupiny.
Softvérové platformy, alebo inak aplikácie, ktorých konfigurácie funkcií sú viazané s konkrétnymi IP
kamerami, je schopná prenášať po sieti dáta umožňujúce nahrávanie, sledovanie alebo definovanie určitej časti správy kamery. Slúži najmä pre užívateľský komfort.
Postup umožňujúci toto je nasledujúci: stačí zadať adresu IP kamery do zabezpečeného prehliadača alebo smartfónu a prístup ku kamere je tak možný kdekoľvek s prístupom na internet a nainštalovanou aplikáciou
Bežné základné funkcie kamier, medzi ktoré napríklad patrí vyvažovanie bielej (BLC), kompenzácia protisvetla (HLC), dynamický rozsah (WDR), redukcia šumu (DNR), stabilizácia obrazu (DIS) alebo konzistentné ostrenie (P-iris), sú dôležité pre získavanie lepšej kvality a prehľadnosti obrazu z kamery a nastavenie čo najvyhovujúcejšej expozície pri rôznych svetelných podmienkach, v rámci jedného dňa. Komplikáciou je, že tieto funkcie sú závislé od: snímacích čipov a digitálneho snímacieho procesora spracovávajúceho obraz. V bežnej praxi sú tieto funkcie
dôležité, pretože umožňujú sledovať strážený objekt v reálnom čase a tak možno identifikovať nežiaduce udalosti prakticky ihneď. V podstate správne fungovanie video analytických funkcií zaisťuje čo možno najideálnejšia kvalita
sekvencie snímkov, pri ukladaní čo možno najkvalitnejšieho video záznamu.
Funkcia kompenzácie protisvetla Backlight Compensation (BLC) umožňuje meniť kontrast obrazu. Uprednostňuje tmavé záujmové časti daného obrazu a za pomoci porovnávacieho procesu optimalizuje expozíciu v popredí a pozadí, čím sa tmavé miesta v obraze zviditeľnia. Znamená to, že pomocou tejto funkcie je možné upraviť oblasti v obraze s extrémne vysokou alebo nízkou úrovňou svetla a zároveň udržiavať normálnu a použiteľnú úroveň svetla na zaostrený objekt. Táto funkcia je však obmedzená limitmi korekcie v prípade extrémnych rozdielov svetla v po predí a pozadí obrazu.
Kompenzácia vysokého protisvetla Highlight Compensation (HLC) pracuje na podobnom princípe, avšak v prípadoch vysokého preexponovania obrazu. Ten môže vznikať silným protisvetlom od zdrojov ako sú priamy slnečný svit, reflektory prípadne dynamické pôsobenia svetlometov pohybujúcich sa vozidiel. Funkcia sníma silné zdroje osvetlenia a snaží sa kompenzovať expozíciu v obraze s cieľom zvýšenia kvality obrazu.
CCD snímač je citlivý na infračervené (IR) svetlo na rozdiel od ľudského oka. Preto dochádza ku skresleniu farebného podania obrazu a jednou z možností predchádzania tohto efektu je vkladanie tzv. IR-cut filtru medzi objektív a snímač. Slúži na ovládanie saturácie farieb pri striedaní dňa a noci. Obyčajná bezpečnostná kamera teda využíva viditeľné spektrum, čo má však dopad na obmedzenú citlivosť v noci, pri nedostatku viditeľného svetla. Keďže by nebolo možné využívať kameru nonstop kvôli absencii IR filtrov, je nutné tento problém riešiť v bežnej praxi dvomi najčastejšími spôsobmi.
Prvé riešenie prinášajú kamery s elektronickou funkciou režimu deň/noc. Zvyčajne ide o lacnejšie kamery, ktoré nemajú IR filter a pri znížení denného svetla sa kamera prepína do nočného čierno-bieleho režimu. Pri absencii IR filtru je u týchto kamier niekedy nižšia kvalita reprodukcie farieb počas dňa. U takéhoto typu kamier sú ešte možným riešením externé IR prídavné prísvit, prípadne priamo integrované do kamery. V prípadoch úzkeho osvetlenia uprostred scény, tzv. „biele svetlo alebo oslnenie“ sa môže vytvoriť istý jav v obraze, kedy svetlo bude svietiť nad objektmi mimo oblasti záujmu a tým sa zníži viditeľná vzdialenosť v záujmovej scéne. Jedným z používaných riešení je technológia OptimalizedIR, ktorá je založená na technológii LED a automaticky dodáva optimálny prísvit kamere aj pri zoomovaní rôznymi smermi. V závislosti od typu kamery, infračervené osvetlenie umožňuje dosahovať vzdialenosti viac ako 40m a uhol osvetlenia sa riadi pohybom zoomu kamery, v závislosti od približujúceho alebo vzďaľujúceho sa objektu, čím sa docieli maximálne množstvo svetla v obraze.
Druhou možnosťou je mechanické prepínanie IR filtru. Táto funkcia je prevažne u štandardných kamier vybavených mechanicky ovládaným IR filtrom, pričom je počas dňa zaistená kvalitnejšia reprodukcia farieb v obraze. Pri znížení denného viditeľného svetla dôjde k automatickému odsunutiu IR-cut filtru mimo snímač a zároveň sa kamera prepne do nočného čierno-bieleho režimu, čím sa zaistí maximálna citlivosť kamery v noci.
V súvislosti so zmenou a využitím svetla existuje technológia Lightfinder (inde označovaná ako LightCatcher alebo Star Light). Kamery s extrémne vysoko citlivým snímacím čipom na svetlo dokážu vytvoriť farebný obraz pri minimálnom svetle, ktorého hodnota je väčšia ako 0,18 lux. Za použitia vhodného typu kamery a softvéru, i v podmienkach s extrémne nízkym osvetlením, je možné získať relatívne kvalitný farebný obraz bez šumu.
Digitálna redukcia šumu. Šum v obraze vytvorený kamerou môže byť spôsobený buď prachom, prachovými časticami alebo ho vytvára Gaussov šum. V prvom prípade sa jedná o prach vo vnútri kamery, ktorý spôsobí vo výslednom obraze tmavé alebo naopak biele miesta v obraze videa. Častice pritom nemajú žiaden farebný vzťah s okolitými pixelmi. Gaussov šum je spôsobený zmenami napätia v elektrických komponentoch kamery. Jednotlivé pixely v obraze sa teda farebne odlišujú od pôvodnej farby danej scény. Šum celkovo vytvára neostrý a rozmazaný dojem z obrazu.
Pomocou funkcie Flickering sa nastavuje frekvencia danej siete (EU-50Hz, Japonsko-60Hz), aby nedochádzalo k tomuto typu šumu. Digitálna redukcia šumu (DNR) je funkcia, pomocou ktorej kamera odstraňuje šum z obrazu. Technológia funguje na princípe porovnávania jedného snímku s ďalším a odstraňuje nedostatky, ktoré sa nezhodujú v jednotlivých snímkach.
Výsledkom je tak kvalitnejší obraz zbavený šumu. Avšak pri pohyblivej scéne porovnáva v značnej miere objekty v popredí scény a väčšinou statická scéna v pozadí nie je zbavená šumu. Preto existuje funkcia 3D DNR, ktorá na zníženie šumu porovnáva každý pixel s nasledujúcim snímkom a odstraňuje nežiaduci šum z obrazu. V tomto prípade sa spracúva celá scéna tak, aby bola čo najkvalitnejšia a zbavená šumu.
Digitálna stabilizácia obrazu (DIS) je funkcia používaná u kamier, ktoré sú vystavované vibráciám a otrasom (napríklad vplyvom premávky, či vetra). Prípadne kamery umiestnené na stĺpoch, u ktorých dochádza k vibráciám, môžu vytvárať roztrasený obraz. Elektronická (digitálna) stabilizácia obrazu je navrhovaná pre pokrývanie širokého pásma frekvencií pri vibráciách a vyrovnáva tak i vysoké amplitúdy. Stabilizovaný obraz je omnoho ostrejší a súčasne môže šetriť záznamovú kapacitu redukciou vibračného efektu vynechaním rozmazaných snímkov, pri ktorých nedošlo k zmene v snímanej scéne. Pomocnou funkciou, ktorá napomáha udržať každý detail v snímanej scéne konštantne ostrý je P-iris. Zabezpečuje rovnomerné ostrenie rôzne vzdialených detailov od objektívu kamery tak, aby nedošlo k čiastočnému rozmazaniu obrazu
v istej časti obrazu, pokiaľ to nie je žiaduce. V prípade zbytočnej ostrosti v časti obrazu je možné použiť ROI (Region of Interest) funkciu. Kamera môže znížiť kvalitu obrazu v nedefinovanej oblasti a znížiť šírku pásma a tým aj miesto na dátovom úložisku.
