MÉTODO “PIP” PARA CÁMARA DE TV DE SEGURIDAD LAS 24 HORAS ..
SMELKOV Vyacheslav Mikhailovich
MÉTODO PIP PARA CÁMARAS DE SEGURIDAD LAS 24 HORAS
El término “PiР” es una abreviatura en inglés de la frase “imagen en imagen”, que significa “imagen en imagen” o “imagen en imagen”.
Mirando retrospectivamente el método «PiP» en televisión, cabe señalar que se propuso por primera vez para su uso en receptores de televisión, brindando al espectador la oportunidad de ver dos o más programas en la pantalla simultáneamente [1].
Actualmente, la función “PiP” es un modo obligatorio en los modelos de televisores modernos con una diagonal de pantalla de 29 pulgadas o más.
El autor de este artículo propone introducir el método «PiP» en una cámara de televisión de seguridad para aumentar la probabilidad de que el operador tome la decisión correcta debido al escalado de alta velocidad dentro de los límites de la ventana de imagen de televisión de la zona de infracción.
Al modelar sistemas de televisión de seguridad (SOT), se considera el postulado de que dedicar mucho tiempo a comprobar la veracidad de la señal de alarma y evaluar la situación anula todos los esfuerzos para proteger los objetos. [2]. Por lo tanto, en un período de tiempo de respuesta bastante corto, el operador de telefonía celular debe tomar la decisión correcta.
Se sabe que el proceso de toma de decisiones del operador incluye cuatro etapas interrelacionadas: detección, clasificación, discriminación y reconocimiento. La detección se refiere a la selección de un objeto del fondo y su asignación a clases de objetos de interés potencial. Clasificación significa asignar un objeto detectado a una de las clases amplias (persona, vehículo). Discriminar significa asignar el objeto observado a una subclase más estrecha (camión, turismo). Finalmente, en la etapa de identificación, se establece el tipo de objeto (marca del automóvil).
Por ejemplo, según información de [http://cctv-information.co.uk], el Ministerio del Interior del Reino Unido recomienda tener al menos un 10% del ráster para la altura de la imagen de la persona que se está detectando y para identificar un persona: al menos 50%.
Dado que las lentes con zoom modernas tienen al menos un rango focal de 6x, una forma sencilla de proporcionar detección e identificación de un objeto con una sola cámara es usar una lente de zoom.
Sin embargo, hay que estar de acuerdo en que el tiempo finito para cambiar (ajustar) la distancia focal de una lente de enfoque variable entra en conflicto con el corto tiempo de respuesta requerido por el operador SOT ante una situación alarmante.
El trabajo [3] propone una solución técnica patentada en Estados Unidos para una cámara de televisión basada en una matriz de dispositivo de carga acoplada (CCD), que proporciona una ampliación electrónica selectiva de una sección (fragmento) de la imagen y su ubicación en la imagen combinada en la ubicación de la selección inicial. En términos de capacidades de hardware, el equivalente de esta cámara de televisión son dos cámaras convencionales más un mezclador de vídeo. El método de implementación «PiP» es digital, gracias al cual prácticamente se elimina el tiempo de escalado y la imagen del intruso ampliada en la ventana se puede mostrar al operador inmediatamente (sin demora) después de registrar la alarma. Dado que simultáneamente con la imagen de la zona de infracción se presenta al operador su entorno, la probabilidad de tomar una decisión correcta aumenta aún más.
Pero esta solución también va acompañada de un inconveniente importante, que consiste en la resolución reducida del fragmento ampliado tanto en dirección longitudinal como transversal en relación con la resolución del resto de la imagen. Esto está determinado por el hecho de que en una imagen ampliada de un área seleccionada, en comparación con su imagen original (normal), un aumento en las dimensiones geométricas del fragmento va acompañado del uso de la misma cantidad de elementos fotosensibles de la matriz CCD. para formar ambas imágenes. Por lo tanto, la imagen ampliada tiene un valor reducido de característica de contraste de frecuencia (MTF) para las frecuencias espaciales medias y superiores, y el operador la percibe como estirada en ambas direcciones.
Por lo tanto, el zoom digital de 6 veces de la imagen en la ventana de esta cámara no permite que el operador pase del nivel de visión de “detección de persona” al nivel de visión de “identificación de persona”.
Especialistas del Instituto de Investigación de Televisión Industrial de la Empresa Unitaria del Estado Federal «Raster» (Veliky Novgorod) han desarrollado soluciones técnicas para cámaras de televisión con zoom selectivo [4, 5], que implementan el método analógico de alta velocidad «PiP» , pero sin pérdida de resolución de la imagen.
En el desarrollo de estas soluciones se propone un diagrama de bloques de una nueva cámara de televisión para seguridad permanente, basada en dos matrices CCD (color y blanco y negro). El diagrama de bloques de la cámara se muestra en la Fig. 1.
Fig. 1. Diagrama de bloques de una cámara de televisión “día-noche”
El resultado técnico de la solución propuesta es el siguiente:
- formación automática de alta velocidad por parte de la cámara durante el día, ante una señal de alarma, de una imagen combinada, que consta de una ventana monocromática que contiene una imagen ampliada en blanco y negro del fragmento central de la zona de infracción y una imagen en color en el resto del ráster en una escala normal (la escala de la imagen presentada inicialmente) con capacidades de resolución constante dentro de toda la imagen combinada;
- implementación de conmutación automática día-noche según el criterio de un relación señal-ruido seleccionada a priori con la cámara cambiando de un modo de imagen en color durante el día a una imagen en blanco y negro ampliada en escala sobre todo el ráster durante la noche.
La cámara de televisión contiene una unidad óptica (1), un primer sensor de señal de televisión (2), un segundo sensor de señal de televisión (3), una unidad de conmutación y generación (4), un selector de pulsos de sincronización (5), un detector de picos ( 6), un detector de movimiento (7), un generador de impulsos de escritura y reinicio (8), una unidad de muestreo de almacenamiento (9) y un comparador (10).
El bloque óptico (1) contiene un divisor de haz (1-1), un filtro corrector (1-2), una primera lente (1-3) y una segunda lente (1-4). El divisor de haz (1-1) está fabricado en forma de prisma con dos caras de división del haz situadas en un ángulo de 30°, y el filtro de luz corrector (1-2) está fabricado en forma de prisma con una cara que divide el espectro. La relación entre la distancia focal de la segunda lente (1-4) y la distancia focal de la primera lente (1-3) determina el factor de zoom (Km) de la unidad óptica.
Distinguimos tres modos en el funcionamiento de la cámara:
- “Día” (modo 1);
- “Noche” (modo 2);
- “Alarma” (modo 3, que puede acompañar tanto al modo 1 como al modo 2).
Independientemente del modo de funcionamiento de la cámara, la imagen óptica del objeto de prueba a lo largo de la trayectoria óptica: la primera cara del divisor de haz del prisma divisor de haz (1-1), la segunda cara del divisor de haz del prisma divisor de haz (1- 1), la cara divisora de espectro del prisma del filtro corrector (1-2), la segunda cara divisora de haz del filtro de luz del prisma filtro corrector (1-2), la primera lente (1-3) se proyecta en el espectro visible alcance sobre el objetivo fotográfico del sensor (2). Al mismo tiempo, el fragmento central de esta imagen se amplía Km veces a lo largo de una trayectoria óptica diferente: la primera cara del divisor de haz del prisma divisor de haz (1-1), la segunda cara del divisor de haz del prisma divisor de haz (1-1), la segunda cara del divisor de haz del prisma divisor de haz (1-1) -1), la tercera cara del divisor de haz del prisma divisor de haz (1-1), la segunda lente (1 -4) en todo el rango espectral (visible e infrarrojo) se proyecta sobre el objetivo fotográfico del segundo sensor (3 ).
Tenga en cuenta que la región infrarroja del espectro de la última imagen se mejora aún más debido al flujo de luz reflejado por la cara divisoria del espectro del prisma del filtro de corrección en la dirección de la tercera cara del divisor de haz.
Como resultado de las transformaciones fotoeléctricas, se genera una señal de imagen en color del objeto de prueba en la salida del primer sensor (2) y una señal en blanco y negro de su fragmento central ampliado (de acuerdo con el factor de escala). Se forman a la salida del segundo sensor (3), que actúan como señales de televisión completas en paralelo. El selector (5) selecciona pulsos de sincronización horizontal y de cuadro de la señal de televisión completa del sensor (2).
Independientemente del modo de funcionamiento del sistema de televisión, el modelador (8) produce lo siguiente dentro de cada cuadro en blanco con un período de medio cuadro (Тп) de escritura y pulsos de reinicio.
Un detector de picos (6) con un período Tp mide el nivel de la señal de vídeo del sensor (2), la unidad de almacenamiento de muestreo (9) registra este nivel y lo almacena durante medio cuadro, y el comparador (10) estima el voltaje de salida de la unidad (9), comparándolo con el voltaje umbral Up.
Supongamos que la cámara de televisión opera en modo 1, y el comparador (10) no no cambia su estado de salida, manteniendo el estado de “1” lógico. La presencia de un «1» lógico en la segunda entrada de control del bloque (4) garantiza que la señal de televisión completa de la salida del sensor (2) se transmita a su salida.
Deje que el detector de movimiento (7) esté preparado para su funcionamiento, es decir, se ha seleccionado una zona protegida (línea de puntos a lo largo del perímetro en la Fig. 2a), que marca en la imagen una zona de mayor interés para el operador.
Supongamos que el detector de movimiento (7) se inicializa, es decir, se establece en el modo de análisis de cambios en la señal de vídeo de entrada en la zona seleccionada. Supongamos que en el modo 1 actualmente no hay objetos en movimiento (intrusos) en el área protegida. Por tanto, en la segunda salida del detector de movimiento (7) hay un “1” lógico, que, llegando a la primera entrada de control del bloque (4), bloquea (cancela) la formación de una ventana monocromática en su salida. La pantalla de la unidad de control de vídeo muestra una imagen en color a escala “normal” del espacio observado por el primer sensor (2) (Fig. 2a). A continuación, dejar que en algún momento aparezca un intruso en el área protegida. Luego, el detector de movimiento (7) registrará cambios en la señal de video y se establecerá el nivel lógico «0» en su segunda salida. La cámara cambia al modo “1+3”. Como resultado, se forma una imagen combinada a la salida del bloque (4), que contiene una imagen en color «normal» y una ventana monocromática en la que se transmite una imagen en blanco y negro de la zona de infracción con un aumento lineal de Km veces. Esta señal de imagen combinada, en tránsito a través del detector de movimiento (7), se envía a la entrada de la unidad de control de video para su presentación al operador, como se muestra en la Fig. 2b. Tenga en cuenta que una ventana monocromática con un aumento lineal en el contenido aparece sin demora, es decir, casi instantáneamente en relación con el momento del registro automático del intruso, lo cual es extremadamente valioso para los sistemas de televisión de seguridad.
a) en modo “1”;
b) en el modo “1 + 3”
Fig. 2. Imágenes características formadas por una cámara de televisión:
Después de que el operador haya decidido que la cámara de televisión ha registrado una infracción en el área protegida, debe volver al modo de funcionamiento 1. Para ello, el operador, al influir en la segunda entrada del detector (7), restablece a la fuerza la señal de alarma.
Si la iluminación en el objeto disminuye significativamente, por ejemplo, cuando Al pasar del día a la noche, el alcance de la señal de vídeo del primer sensor (2) también disminuirá.
Si el valor del nivel de la señal de vídeo medido en el instante t0 por el detector de picos (6) y registrado por la unidad de almacenamiento de muestreo (9) es menor que el voltaje umbral Up, entonces el comparador (10) pasará al estado lógico » 0” y la cámara pasará al modo 2.
Luego se realizará la conmutación interna en el bloque (4) y la señal de televisión completa de la salida del sensor (3) se transmitirá a su salida. Como resultado, en la pantalla de la unidad de control de vídeo se reproduce una imagen en blanco y negro del área protegida con un factor de zoom de Km, “abierta” a toda la trama. Cabe señalar que la naturaleza de esta imagen no cambiará si ocurre una violación en el área protegida, que será registrada por el detector de movimiento (7), y la cámara de televisión cambiará al modo “2+3”.
Si en esta situación, después de un reinicio forzado de la alarma, la iluminación del objeto aumenta como resultado de la transición diaria «noche-día», entonces la cámara propuesta cambiará automáticamente del modo 2 al modo 1 nuevamente.
Conclusión
No hay duda de que el desarrollo del COT avanza hacia la intelectualización de la tecnología. Basado en métodos digitales de procesamiento de señales de vídeo. Sin embargo, el funcionamiento de los sistemas de seguridad muestra que la introducción generalizada de las computadoras no excluye el papel de los humanos en la toma de decisiones debido a la gran incertidumbre de los eventos en los sitios protegidos y la irreversibilidad de los procesos generados por decisiones erróneas.
El autor espera que la implementación del método analógico para generar imágenes de alarma propuesto en este trabajo pueda ayudar realmente al operador de telefonía móvil en su trabajo.
Referencias
- Patente de Gran Bretaña nº 1495173. MKI2 Н04N 5/44. Publicado el 14/12/1977.
- Nikitin V.V., Tsytsulin A.K. Televisión en sistemas de protección física. Editorial de la Universidad Técnica Estatal de San Petersburgo “LETI”, 2001.
- Patente de invención estadounidense n.° 4002824. MKI2 N04N 7/00. Publicado el 11/01/1977.
- Cámara de televisión con zoom selectivo. Patente de invención de la Federación de Rusia No. 2171014. MKI7 N04N 5/225, . 5/228 Autores: Smelkov V. M., Smolyakov Yu. A., Egorova N. N., Petrova V. M. Publicado el 20/07/2001.
- Cámara de televisión con zoom selectivo. Patente de invención de la Federación de Rusia N° 2174745. MKI7 N04N 7/00, . 7/18 Autores: Smelkov V. M., Smolyakov Yu. A., Antonov V. E., Petrova V. M. Publicado el 10.10.2001.