Procesamiento de imágenes en sistemas CVS.

Procesamiento de imágenes en sistemas CVS.

En los sistemas de televisión por ordenador CVS, la amplitud y las características espectrales de las imágenes se analizan en cada cuadro. Los resultados del análisis se utilizarán en el futuro para mejorar la imagen, el funcionamiento de los detectores de movimiento y actividad, el desentrelazado, la eliminación de la redundancia de información, la compresión y la transmisión de imágenes a través de la red.

Las grabadoras de vídeo digitales (DVR), los sistemas de compresión de hardware y los sistemas informáticos simples no tienen procesamiento de imágenes adicional.

Mejora de imagen
Mejora de la calidad de la imagen en Los sistemas CVS, construidos sobre ordenadores, son una de las principales actividades de los desarrolladores de la empresa de Nuevas Tecnologías.
Gracias al procesamiento de la señal de vídeo digital, el contraste y el brillo se ajustan automáticamente a valores óptimos, se elimina la luz de fondo de la imagen (función BackLight) y se realiza la corrección gamma manual y automática, lo cual es especialmente importante para imágenes de bajo contraste y con iluminación desigual ( crepúsculo, niebla, sombras, etc.) .
Para un análisis más completo de la imagen, es necesario introducirla con máxima resolución tanto en horizontal como en vertical.
Para una comprensión clara de este tema, proporcionaremos algunas aclaraciones.
La resolución de la imagen está determinada por toda la ruta de entrada, es decir, la cámara, el cable, la ruta eléctrica y el número de píxeles digitalizados en una línea.
Al digitalizar 704 píxeles, incluso el valor de resolución teórica no puede exceder las 528 líneas de TV, mientras que al digitalizar 896 píxeles (que solo se implementa en los sistemas CVS), la resolución teórica es de 672 líneas de TV. Se puede lograr una resolución más alta mejorando la relación señal-ruido (la función de «eliminación de ruido de imagen» en los sistemas CVS) y el control del software de los filtros ADC (Fig. 1a, 1b).

: en condiciones de iluminación normales, los sistemas CVS tienen una resolución un 27% mayor que otros sistemas.
En imágenes ruidosas y con poca luz, la resolución en los sistemas CVS puede ser varias veces mayor que la de otros sistemas.
No existen análogos a la función de restauración de una señal de vídeo ruidosa en otros sistemas.

Digitalización 50 fotogramas por segundo

La digitalización en sistemas convencionales es de 25 fps cuando una cámara está conectada a un ADC y de 8 a 16 fps en modo multiplex (para varias cámaras conectadas a un ADC ).
La restauración matemática de imágenes le permite digitalizar fotogramas a una frecuencia de hasta 50 fps tanto desde una cámara como en modo multiplex (en los sistemas CVS, la frecuencia de multiplexación de las cámaras asíncronas es de 40 a 50 fps por ADC). Además, para la parte móvil de la imagen, el desentrelazado se realiza en cuadros, lo que permite eliminar el «peine» en los objetos en movimiento manteniendo la resolución del cuadro para la parte estacionaria de la imagen.
Por supuesto, esto parece paradójico: digitalizar 50 imágenes por segundo con resolución de cuadro, pero realmente es así. Este método, implementado, por ejemplo, para el modelo Accord-16, le permite recibir 10 imágenes por segundo garantizadas con resolución de cuadro y desentrelazado para cada una de las 16 cámaras.
En modo multiplex, los sistemas CVS funcionan de 3 a 5 veces más rápido que los sistemas de la competencia.
Es posible digitalizar imágenes con resolución de cuadro a una frecuencia de hasta 50 fps tanto en modo real como multiplex. No existen análogos a tal velocidad de digitalización de imágenes.

Detector de movimiento, detector de actividad
Detector de actividadcontrola los cambios en la amplitud de la señal de vídeo en todo el campo de visión desenmascarado de la cámara. La sensibilidad del detector de actividad se determina automáticamente y normalmente tiene un valor de aproximadamente el 1 al 3% de la amplitud máxima de la señal de video (el umbral de sensibilidad de un ojo humano entrenado a los cambios de amplitud en la pantalla de un monitor es del 2 al 3%). ). La tarea del detector de actividad es:
excluir del procesamiento las imágenes que no cambian;
resaltar imágenes u objetos en una imagen con cambios que el ojo humano pueda detectar;
Proporcionar información al sistema para permitir algoritmos de procesamiento posteriores (aceleración de digitalización, filtrado, desentrelazado, análisis de movimiento, compresión delta, grabación, transmisión en red, etc.).

El detector de movimiento tiene hasta 16 zonas de detección de movimiento rectangulares independientes (incluidas las que se cruzan) para cada canal. El detector de movimiento no responde a los cambios de iluminación.
La tarea del detector de movimiento es:
determinar la presencia de movimiento de un objeto de determinadas dimensiones en el área controlada con un mínimo de falsas alarmas (eliminación de ruido, cambios de iluminación, etc.);
proporciona información al sistema para permitir algoritmos de procesamiento de eventos posteriores: habilitar el registro acelerado del historial de eventos o solo del movimiento del objeto; activar una alarma en la computadora o publicaciones adicionales, mostrar información adicional sobre la alarma; ejecución de escenarios específicos: rastrear el objetivo, encender el relé, etc.
El detector CVS tiene una sensibilidad extremadamente alta del 1 al 3%, que es el resultado del uso de la corrección automática del umbral de corte de ruido y la compensación de los cambios en la iluminación.
El uso de un detector de actividad y un detector de movimiento permite un uso óptimo de los recursos del procesador, además de ahorrar espacio en disco para archivar información de vídeo útil.
No existen análogos del detector de actividad CVS y del detector de movimiento con tal sensibilidad.

Eliminación de la redundancia de información
Los sistemas CVS implementan varias formas de eliminar la redundancia de información en función de los resultados del análisis de actividad y movimiento: compresión delta, control dinámico de la frecuencia de muestreo en matrices de conmutación, control dinámico de la resolución, control de cámaras domo en función de los resultados del análisis de movimiento en el Campo de visión de las cámaras de vigilancia.

Compresión delta
Al proteger objetos, se utilizan principalmente cámaras estacionarias, y los cambios en el encuadre son de naturaleza local y ocupan una pequeña área del área del encuadre. .
Por lo tanto, en una secuencia de fotogramas, sólo se comprime y registra una pequeña parte activa de la imagen y rara vez los fotogramas de referencia (fondo) (Fig. 2). Esto conduce a una reducción proporcional del volumen (decenas de veces) del archivo y de los flujos de datos a través de los canales de transmisión de información.
Como resultado, el método de compresión de información desarrollado e implementado en los sistemas CVS funciona mucho más eficientemente que otros métodos.
Es imposible omitir imágenes modificadas, ya que el umbral de sensibilidad del sistema (1–3%) es mayor que la sensibilidad del ojo y se ajusta automáticamente durante el funcionamiento.

Arroz. 2. Compresión delta La compresión CVS Delta es fundamentalmente diferente de todos los métodos de compresión conocidos, por ejemplo, MPEG-4 y H.264. Los fotogramas intermedios en compresión delta tienen la misma calidad que los fotogramas de referencia, en lugar de lo previsto y, por regla general, borrosos. Además, los algoritmos MPEG*, H.*** están diseñados para grabar películas, es decir, fragmentos de vídeo con pequeños cambios entre cuadros en el área de todo el cuadro. Prácticamente no son aplicables a sistemas multiplex.

Control dinámico de la frecuencia de muestreo en matrices de conmutación
La matriz de conmutación está conectada a varios ADC, por ejemplo, a 4, como en el modelo CVS_EMS 24 x 8E (Fig. 3). El análisis de la actividad y el movimiento se realiza a través de un solo canal: el principal. Cuando se detecta actividad o movimiento, las cámaras se transmiten automáticamente para su digitalización mediante canales ADC adicionales a la frecuencia máxima: para 3 cámaras — 50 fps, para 6 — 17 fps, para 12 — 12,5 fps, pero no menos de 7 fps para las 24 cámaras. Por experiencia práctica se sabe que en una instalación protegida la actividad media no supera el 25% y el movimiento es aún menor. Como resultado, cuando el sistema CVS opera con una matriz de conmutación «por actividad» o «por movimiento», la frecuencia de digitalización alcanza entre 17 y 50 fps para cada cámara.

Fig. 3 CVS_EMS 24 x 8E Con ​​un rendimiento real que no supera los 200 fps, el sistema CVS_EMS 24 x 8E equivale a un sistema con una velocidad de digitalización de hasta 1200 fps. Además:
se logra una compresión adicional de información de casi 6 veces,
se reducen los requisitos de rendimiento del procesador.
No existen en el mercado análogos de los sistemas CVS con control dinámico de la frecuencia de muestreo en matrices de conmutación.

Control dinámico de la resolución de la imagen
Para monitorear imágenes en modo multicámara, una resolución baja (por ejemplo, CIF) es suficiente. Al ver una imagen en pantalla completa, se requiere alta resolución (4CIF).
CVS activa automáticamente la resolución máxima al abrir una imagen en pantalla completa. Esta función está disponible tanto en el servidor como en el cliente, tanto para cámaras analógicas como IP.

Administración de cámaras domo utilizando imágenes de cámaras de vigilancia
El control de las cámaras domo de alta velocidad basado en la designación de objetivos de las cámaras de vigilancia se implementa en el módulo de software “CVS Virtuoso”. Expliquemos el principio de su funcionamiento.
El sistema debe incluir una o más cámaras de visión general y una cámara domo de velocidad. Las coordenadas del objeto, así como la distancia hasta él, se determinan a partir de imágenes de la cámara de visión general, luego se da una orden a la cámara domo para que muestre este objeto con el aumento requerido. El módulo implementa dos modos: manual (MS) y/o seguimiento automático de objetos (AS). Dado que las coordenadas de los objetos se determinan a partir de imágenes de cámaras de vigilancia, el sistema puede rastrear varios objetos simultáneamente.
¿Cómo se logra la compresión de información CVS Virtuoso? Es evidente que cuando se utiliza una cámara de visión general y una cámara domo con zoom de 10x en el modo de detección y seguimiento automático de objetos, un sistema de este tipo puede sustituir a un sistema con 100 cámaras de visión general convencionales. En consecuencia, la información redundante se reducirá en la misma cantidad.

Por cierto…
Todos los métodos de procesamiento de imágenes anteriores, con la excepción del control dinámico de la frecuencia de muestreo en matrices de conmutación, son aplicables a ambos Cámaras IP analógicas y de red. Además, sólo en CVS los usuarios tienen acceso a opciones adicionales para la correcta orientación de las imágenes: dependiendo de la ubicación de la cámara, la imagen se puede girar 90, 180 o 270 grados.