Алгоритм поиска слепых зон камер видеонаблюдения для задачи расчета эффективности систем видеонаблюдения

Актуальность алгоритма

В современном мире все более весомую роль играют системы видеонаблюдения. Во многих случаях, обеспечение надежной и качественно функционирующей системы может быть довольно дорогостоящим, и поэтому при ее проектировании важна качественная оценка эффективности работы системы видеонаблюдения. Одним из наиважнейших факторов, влияющих на оптимальность работы системы, является наличие так называемых слепых зон у камер, входящих в нее. В связи с этим, одной из приоритетных задач становится разработка алгоритма поиска таких зон, позволяющего решить задачу расчета эффективности системы, для ее дальнейшей оптимизации [1].

Обоснование алгоритма

Алгоритм поиска слепых зон основан на обнаружении точек пересечения области обзора камеры с препятствием.

Далее, в случае обнаружения пересечения необходимо вычислить точки пересечения зоны обзора камеры с препятствиями. Это в дальнейшем позволит определить слепые зоны.

Следующим шагом является вычитание слепой зоны из области обзора, что позволяет окончательно определить зону видимости камеры.

Наиболее простым примером препятствия является стена, геометрически представляющая собой прямоугольный параллелепипед, который в пространстве можно задать с помощью координат восьми точек, являющихся его вершинами. Область обзора камеры представляет собой правильную четырехугольную пирамиду, для определения которой в трехмерном пространстве достаточно знать координаты расположения камеры и ее известные характеристики - вертикальные и горизонтальные углы обзора, угол наклона и максимальную дальность обзора.

Для обнаружения пересечения области обзора камеры с препятствием рассмотрим три возможных случая:

  1. Все вершины препятствия лежат внутри области обзора камеры (Рисунок 1).
  2. Область обзора пересекает некоторые ребра препятствия (Рисунок 2).
  3. Область обзора камеры полностью упирается в одну или несколько граней препятствия (Рисунок 3).

Рисунок 1. Варианты пересечения области обзора камеры с препятствием
Рисунок 1. Варианты пересечения области обзора камеры с препятствием
Рисунок 2. Вариант пересечения области обзора камеры с препятствием
Рисунок 2. Вариант пересечения области обзора камеры с препятствием
Рисунок 3. Вариант пересечения области обзора камеры с препятствием
Рисунок 3. Вариант пересечения области обзора камеры с препятствием

В первом случае сначала строятся вектора по двум известным точкам: точки расположения камеры и каждой из вершин препятствия. Затем выполняется проверка на нахождение этого вектора между двумя векторами апофем горизонтальных граней пирамиды (зоны обзора). Следующим шагом выполняется проверка на нахождение данной вершины препятствия в зоне обзора камеры по вертикали, что справедливо при выполнении следующего неравенства:

a1 < a < a2 + а1,

где а1 - угол наклона камеры по вертикали, а2 - вертикальный угол обзора камеры, а - вертикальный угол наклона прямой, соединяющей точку расположения камеры и вершину препятствия (Рисунок 4).

точка расположения камеры и вершина препятствия

Если вершин препятствия, лежащих внутри области обзора камеры, не обнаружено, то выполняется проверка на наличие пересечения плоскостей граней зоны обзора (пирамиды) с отрезками граней препятствий. В случае простейшей стены, представляющей прямоугольный параллелепипед, таких отрезков насчитывается восемь. Отрезки задаются прямой по двум известным точкам вершин препятствия, четыре плоскости граней зоны обзора задаются по трем известным точкам: точке расположения камеры, и двум, в каждом из четырех случаев разным точкам основания пирамиды.

Очевидно, что плоскость и прямая в пространстве пересекаются в любом случае, если они не параллельны, поэтому следующим шагом выполняется проверка принадлежности точки пересечения отрезку грани препятствия.

В том случае, если и таких пересечений не обнаружено, то требуется выполнить проверку на нахождение точки пересечения высоты пирамиды (области обзора) с плоскостями граней препятствия внутри этих самых граней. Для этого необходимо построить прямую, содержащую высоту и найти ее точку пересечения с той или иной плоскостью, а затем, используя векторное произведение проверить, лежит ли она по одну сторону относительно каждого из ребер, образующих данную грань, и если это так, то препятствие пересекает зону обзора.

На следующем этапе, после того как точки пересечения зоны обзора камеры с препятствиями обнаружены, необходимо определить слепую зону, для этого требуется построить прямые, пересекающие точку расположения камеры и вершины препятствия, найти точки пересечения этих прямых с плоскостью пола, получив некоторое множество точек. Затем, используя метод построения выпуклой оболочки (Рисунок 5), получим из этих точек выпуклый многоугольник, который и будет являться «тенью», отбрасываемой препятствием на плоскость пола, т е. слепой зоной, недоступной для обзора видеокамеры.

Рисунок 5. Построение выпуклой оболочки из множества точек
Рисунок 5. Построение выпуклой оболочки из множества точек

Проекция зоны видимости камеры на плоскость пола представляет собой равнобедренную трапецию, путем вырезания которой из фигуры, полученной на предыдущем этапе проекцию слепой зоны, можно получить проекцию слепой зоны на плоскость пола.

Применение алгоритма. Данный алгоритм позволяет точно определить зоны обзора камеры в трехмерном пространстве с препятствиями, представляющими собой прямоугольные параллелепипеды. Он программно реализован и может применяться при разработке программного обеспечения, связанного с проектированием систем видеонаблюдения (Рисунок 6).

Рисунок 6. Пример использования алгоритма в программных средствах по проектированию систем видеонаблюдения
Рисунок 6. Пример использования алгоритма в программных средствах по проектированию систем видеонаблюдения

Алгоритм предоставляет возможность решить задачу обнаружения слепых зон у камеры, что позволяет более наглядно оценить целесообразность установки камеры в том или ином месте еще на этапе проектирования системы видеонаблюдения. Это приводит к значительному расширению возможности анализа эффективности системы в целом.

Однако алгоритм применим не во всех случаях, поскольку он позволяет работать только с препятствиями, представляющими собой прямоугольные параллелепипеды, такими как стены или же с препятствием, которое можно представить в виде нескольких прямоугольных параллелепипедов, нал шмср окном (Рисунок 7).

Рисунок 7. Пример использования алгоритма для расчёта слепой зоны стены с окнами
Рисунок 7. Пример использования алгоритма для расчёта слепой зоны стены с окнами

В случае же цилиндрических или конусообразных препятствий данный алгоритм не способен работать корректно. Тем не менее, при определенной доработке, его можно подстроить для решения гораздо более широкого спектра задач.

Список литературы

  1. Шумейко, М. Особенности проектирования систем видеонаблюдения при использовании мегапиксельных камер / М. Шумейко // Технологии защиты. - 2013. - №2.
Автор
Берашевич П. А.
Автор 2
Шнейдеров Е. Н.
УДК
621.397.4
Аннотация
В статье рассматривается алгоритм поиска слепых зон камер видеонаблюдения. Данный алгоритм может использоваться в программных средствах для расчета эффективности систем видеонаблюдения, что позволит оптимизировать работу данной системы еще на этапе проектирования.
Название на английском
Algorithm for searching the blind zones of surveillance cameras for the goal of calculating the efficiency of video surveillance systems
Summary
In this article, the algorithm for searching the blind zones of surveillance cameras is considered. This algorithm can be used in software for calculating the efficiency of video surveillance systems. This will allow to optimize the performance of this system at the design stage.

Добавить комментарий