Машинное зрения для Интеллектуальных Систем Контроля Трафика

Сейчас никто не может представить системы контроля дорожного движения без современных технологичных видеокамер. Но каковы отличительные особенности этих камер, какие из них стоит использовать, какое развитие примет эта отрасль в недалеком будущем?

С момента появления Интеллектуальных Систем Контроля Трафика (ИСКТ) и Дорожного Движения, камеры были одним из основополагающих элементов в них. С течением времени, роль камер еще больше возросла. Камера из простого устройства наблюдения или захвата стала многофункциональной частью всей системы. Камера в современной ИСКТ – точно оптимизированный "глаз" самой системы, что способствует высокому качеству изображения даже в сложных условиях. Область их применения простирается от классического управления транспортными потоками и распознавания номерных знаков до идентификации аварий или обнаружения пожара в тоннелях.

Применение машинного зрения в ИСКТ.

Ключевые моменты в развитии технологий видеонаблюдения, и особенно в сфере машинного зрения сильно повлияли на ИСКТ. Более 15 лет в машинном зрении  использовались матрицы прогрессивной развертки CCD. Такой тип матрицы благодаря низкому уровню шума и широкому динамическому диапазону очень чувствителен даже в ночное время. Кроме того, они более эффективны по сравнению с традиционными матрицами низкого разрешения и предлагают более высокую разрешающую способность. Сочетание высокой частоты кадров и способности хорошо видеть в условиях слабой освещенности, делает их идеальным выбором для использования, например, в тоннелях. Чаще всего во многих системах контроля движения применяются камеры с низким уровнем шума, высоким динамическим диапазоном, большой скоростью затвора, прогрессивной разверткой и матрицей с разрешением от 1,3 до 5 Мегапикселей.

Матрицы с технологией CMOS имеют более низкую стоимость и популярны в бюджетных решениях.

Последние тенденции в технологиях изготовления CMOS матриц для камер машинного зрения позволяют широко применять их в ИСКТ. Это особенно актуально в связи с тем, что новейшие серии матриц оснащены технологией покадрового экспонирования (Global Shutter), что препятствует размытию движущихся объектов. Такие камеры удобно применять для отслеживания трафика на шоссе, съемки номеров машин и лиц водителей, находящихся за рулем. Кроме того, в производстве и эксплуатации CMOS матрицы более дешевы, а это важно в проектах ИСКТ с ограниченным бюджетом. Благодаря демократичной цене такие типы матриц все чаще применяются как дополнительные камеры для контроля трафика. Такие камеры обычно поддерживают MJPEG, MPEG-4 или H.264 форматы сжатия для передачи информации по сетям Интернет. Так, камеры Basler поддерживают все три форматы сжатия, перечисленные выше.

Проблемы передачи изображения.

В дополнение к развитию матриц, большие технологические шаги были сделаны для улучшения передачи изображения. Упор был сделан на средствах передачи данных на большие расстояния и на высокой скорости. Основными протоколами передачи были выбраны Ethernet и Gigabit Ethernet (GigE) за возможность высокоскоростной передачи качественного потокового видео на 100 метров и более (с применением дополнительного оборудования). При этом камеры наблюдения используют эффективные алгоритмы сжатия для передачи изображения в рамках стандартной технологии Ethernet. Сжатие передаваемых данных полезно не только для оптимизации пропускной способности сети, но так же и для снижения стоимости хранения полученных данных на стороне клиента. Эти технологии появились около 15 лет назад и в настоящее время позволяют создавать простую и выгодную сетевую инфраструктуру, особенно для фиксированных Интеллектуальных Систем Контроля Трафика (таких как пропускные воротные системы, мосты, переезды и т. п.). Все это способствовало более активному использованию отдельных камер и локальных видеосистем даже в самых отдаленных районах. Например, они могут быть размещены даже в сельской местности, если там необходимо обеспечить безопасность и контроль дорожного движения.

Каковы тенденции?

На данный момент,  существуют две основные тенденции развития на рынке камер машинного зрения. Первая тенденция ориентирована исключительно на производительность, что означает разработку устройств с высокой скоростью съемки и хорошим разрешением. В приложениях ИСКТ эта тенденция проявляется в использовании 2Мп камер со скоростью съемки 60 кадров в секунду. Такие камеры хороши для качественной видеосъемки быстро движущихся транспортных средств и позволяют получить отчетливое изображение номерного знака и автомобиля в целом.

В дополнение к скорости, заказчиков ИСКТ обычно интересует максимальное горизонтальное разрешение для захвата широкого визуального диапазона дороги. Горизонтальный угол обзора камер – это достаточно принципиальный момент, так как чем выше этот показатель, тем меньше потребуется камер для наблюдения за всеми полосами движения. Учитывая немалую стоимость каждой камеры, даже чуть более дорогие модели с хорошим горизонтальным углом обзора помогут ощутимо удешевить проект за счет покрытия большей зоны наблюдения и, соответственно, уменьшения количества необходимых камер. Среди тематических новинок компании Basler стоит отметить мощную 4-х мегапиксельную камеру серии "Aviator", которая при скорости съемки 30 кадров в секунду может самостоятельно контролировать до четырех полос движения одновременно. Очевидно, что использование технологических новинок, таких, как эта камера является весьма разумным решением, помогающим значительно экономить на организации ИСКТ. Используя всего одну камеру вместо четырех, мы получаем возможность в разы уменьшить общий бюджет, в том числе и за счет экономии на дополнительных аксессуарах для камер: объективы, кабеля, затраты на интеграцию и обслуживание порой занимают до 50% общей сметы.

Вторая тенденция характеризуется сочетанием миниатюризации и снижения энергопотребления. Эта тенденция приводит к массовой замене аналоговых камер на цифровые. Чтобы удовлетворить эту тенденцию, Basler создал серию камер «Ace». Ее размеры 29 х 29 х 42 мм (эквивалентны размеру спичечного коробка), а потребление питания всего два ватта. В сфере промышленного применения машинного зрения «Ace» уже стал настоящим блокбастером. Что касается ИСКТ, то малый размер также весьма убедительный аргумент для использования в различных мобильных или компактных приложениях, которые теперь могут быть и меньше, и менее заметны. Зарубежом основной движущей силой на рынке мини-решений для ИСКТ являются мобильные системы в транспортных средствах различных государственных служб и ведомств. Так, компактные камеры, установленные на полицейские машины широко применяются для мониторинга и документирования деятельности сотрудников полиции и других должностных лиц. Конечно же, для таких целей неприхотливые по питанию, компактные и незаметные камеры более предпочтительны.

Управление трафиком в тоннелях     требует умных и сложных решений,  которые позволяют видеть и записывать все, что происходит на дороге в любой момент времени.

Итак, резюмируя все сказанное, хотелось бы еще раз отметить важные преимущества технологии машинного зрения в интеллектуальных системах фиксации и анализа дорожного движения:

ü  Универсальность применения систем машинного зрения (отлично подходит для самого широкого спектра задач и проектов)

ü  Специальные решения для различных нестандартных ситуаций и условий применения

ü  Использование новейших цифровых технологий в камерах для систем контроля трафика

ü  Широкие возможности подбора наиболее эффективной матрицы под каждую задачу

ü  Активное развитие технологий передачи изображения

ü  Наивысшая частота кадров при наивысшем разрешении среди всех аналогичных систем

ü  Миниатюризация в сочетании с низким энергопотреблением

Автор:

Хеннинг Тжаркс (Henning Tiarks),

руководитель группы по

управлению продуктами 

Basler Vision Technologies.