Digitālā videonovērošana – drošāka par policiju

 

Videnovērošanas sistēmas, kuras automātiski atrod neautorizētas (nepiederīgas) personas un seko ikvienam to solim, mūsdienās vairs neatrodas laboratorijās un birojos, bet aizvien vairāk izplatās ārpus tiem. Klientiem jau tiek piedāvātas jaunas, progresīvas sistēmas, kas pēc kustību parametriem prot atšķirt cilvēkus, dzīvniekus un mašīnas, identificēt neparastu uzvedību un sadzīt pēdas aizdomās turamajiem pat tad, ja tie atrodas ļaužu pūlī.

 

1.34 naktī. Aizdomīga persona tumsas aizsegā zaglīgi tuvojas lidostas teritorijai, pārkāpj pāri augstam žogam, uz vēdera pārlien pāri atklātai teritorijai un paslēpjas. Nekas nenotiek. No trauksmes sistēmas neatskan ne skaņas. Tomēr ikviens, kas pieņemtu, ka šajā lidostā nav gādāts par pietiekami augsta līmeņa drošības sistēmām, smagi kļūdītos. Jau tad, kad iebrucējs tuvojās žogam, centrālajā videonovērošanas birojā tika iedarbināta trauksme. Toties iebrucējs, neievērojis neko ārkārtēju, noticēja, ka viņš nav ticis ievērots, un atstāja slēpni. Viņš tiešām varēja nezināt, ka videokamera jau sen ir pamanījusi viņa klātbūtni un seko katrai viņa kustībai. Kad iebrucējs iekļūs angārā, drošības dienesta speciālisti viņu tur jau gaidīs...

Pašās modernākajās mūsdienu lidostās izvietots simtiem šādu videokameru, kas uzrauga perimetru un laikus atklāj iebrucējus. Tiklīdz kāds ir pamanīts, monitoringa sistēma automātiski seko šīs personas kustībām neatkarīgi no apkārtējās vides, laika apstākļiem vai diennakts laika.

Tehnoloģija, kas ļauj veikt šo automātisko kustības detektēšanu, analīzi un objekta iespējamo kustības virzienu, ir viena no pasaules modernākajām drošības sistēmām – Sistore CX EDS (Enhanced Detection Solution) monitoringa sistēma, kuru izstrādājis Siemens Building Technologies (SBT). Šīs sistēmas sirds jeb centrālais mezgls ir intelektuālā attēla apstrādes ierīce.

 

 

 

Ieskats videonovērošanas vēsturē

Daudz kas ir mainījies kopš 20. gs. 50. gadu beigām, kad videonovērošana tika ieviesta pirmo reizi. Tolaik galvenais mērķis bija izmantot pārbaudītu TV tehnoloģiju drošības sektorā. Pirmās drošības sistēmas sastāvēja no dažām kamerām, kas bija pievienotas monitoriem tieši vai arī ar releju tehnoloģijas palīdzību. Displeji bija paredzēti, lai nodrošinātu apsardzes darbiniekam paplašinātu redzes lauku, jo, pateicoties šai sistēmai, viņš no vienas telpas varēja novērot vairākas teritorijas vienlaikus. Bet, kad pārraugāmo teritoriju kļuva aizvien vairāk, arī kameru skaits palielinājās. Galu galā 60. gadu beigās telpu ierobežojumi noveda pie situācijas, kad katrai kamerai vairs nevarēja pievienot individuālu monitoru.

Tas lika izgudrotāju prātiem sarosīties, līdz dzima ideja par elektronisku video komutatoru, kas ļāva šai uzraudzības ierīcei pievienot ļoti daudz videokameru, tādējādi to signālus varēja pārraidīt uz jebkuru monitoru. Tomēr ar laiku atklājās cita problēma: lai gan kameras signāls uz monitora var mainīties, tas ātri sasniedz cilvēka acs uztveršanas spēju robežas. Pētījumi pierādīja, ka, izmantojot tikai divus monitorus ar automātisku attēlu nomaiņu, novērotājs pēc 12 minūšu intensīvas skatīšanās palaiž garām neievērotas līdz 45 procentus kustību, kas redzamas monitoros, bet pēc 22 minūtēm – jau 95 procentus.

1990. gadu vidū, pateicoties digitālajām tehnoloģijām, jauniem attēlu analīzes algoritmiem un interneta iespējām, tika atrasts šīs problēmas risinājums. Siemens SBT pētnieki izstrādāja sistēmas, kuras varēja vienkārši pievienot uzņēmuma intraneta tīklam. Pateicoties aizvien pieaugošajai skaitļotāju jaudai, kļuva iespējams novērtēt attēla datus reālā laikā. Beidzot tika likta lietā arī attēlu kompresijas tehnoloģija uz MPEG standarta bāzes, kas pavēra daudz plašākas datu saglabāšanas iespējas.

 

Signāli un vide

Pateicoties MPEG tehnoloģijai, augstas izšķirtspējas videosignālu var kompresēt nezaudējot attēla kvalitāti (no 160 Mbit/s par 1 Mbit/s). Patlaban Siemens Corporate Technology speciālisti sadarbībā ar starptautisko MPEG komiteju izstrādā vēl efektīvāku kompresijas veidu. Šajā procesā izmantotas cilvēka acs fizioloģiskās īpatnības – spēja nolasīt no attēla visu vizuāli uztveramo informāciju. Rezultāts ir salīdzināms ar DVD tehnoloģijas kvalitāti, kur signāls ir samazināts līdz 5 Mbit/s.

Pirmais solis pretī digitālajai videonovērošanai bija 1999. gadā Siemens izstrādātais analogā/digitālā videosignāla konvertors, kas ļāva videokameras savienot vienotā tīklā. Pateicoties tam, bija iespējams izmantot algoritmus, kuri padarīja iespējamu automātisku kustības izsekošanu. Šādus digitālos videosensorus savulaik bija ļoti iecienījuši Dienvidāfrikas uzņēmēji, īpaši zelta un dimanta raktuvju īpašnieki.

Digitālās videonovērošanas sistēmas infrastruktūra kļuva aizvien elastīgāka, tālāk attīstoties interneta un intraneta tehnoloģijām. Siemens eksperti ātri aptvēra šo milzīgo potenciālu un izstrādāja IP kameru risinājumus. Rezultātā radās tāda tehniskā aprīkojuma un programmatūras kombinācija, kas ļāva piekļūt kamerām no datora, kas savukārt ļāva atbrīvoties no video komutatoriem.

 Vienlaikus video kodekam arī var būt tādi algoritmi, kuri vairs nav pastāvīgi jāprogrammē, bet tie ir vienkārši un elastīgi nomaināmi ar jaunāku versiju.

Šajā videonovērošanas attīstības posmā jau bija radīta arī Sistore CX videonovērošanas sistēma. Tās intraneta infrastruktūra pārraida signālu no jebkura kameru skaita caur Ethernet tīklu, bet programmatūra – papildus tam, ka tā nodrošina automātisku kustību detektēšanu, – piedāvā arī citas funkcijas, piemēram, uzlabotu detektēšanas risinājumu Enhanced Detection Solution (EDS) programmatūras atjaunošanu. Videosensors spēj iegaumēt monitora attēla (fona) normālo stāvokli, iemācoties visbiežāk redzamās situācijas kādā noteiktā diennakts laikā, un pēc tam pievērst pastiprinātu uzmanību gadījumiem, kad tiek novērotas novirzes no normas. Un tas ir kas daudz vairāk nekā vienkārši divu atšķirīgu attēlu salīdzinājums. Modernās sistēmas ne vien iemācās, bet arī saprot, ko nozīmē normāla situācija.

 

Cilvēks vai dzīvnieks?

EDS programmatūra strādā arī ar algoritmiem, lai varētu izmantot atsevišķu pazīmju ekstrakcijas funkciju. Lietojot iepriekš definētus parametrus, piemēram, lielumu un pārvietošanās ātrumu, tā spēj atšķirt cilvēku no dzīvnieka vai mašīnas. Arī izmantojot pēdu nospiedumus, kas atrodas apsargājamā objekta teritorijā, un salīdzinot tos ar citiem līdzīgiem paraugiem, sistēma var noteikt precīzu kustīgā objekta atrašanās vietu. Lieti var noderēt arī sistēmas zināšanas par attēla parasto fonu, kas automātiski ļauj atklāt sabotāžu. Piemēram, ja uzbrucēji pagriež videokameru uz citu pusi, cerot aizlavīties tai garām nepamanīti, tad gudrā sistēma gan to nepieļaus. Tiklīdz fons ir mainījies, kamera to neatpazīst un atskan trauksmes signāls.

Ražotājs nodrošina šo funkciju darbību arī gadījumā, ja objekts ir aprīkots ar analogajām kamerām. Tieši tā, kā tas ir, piemēram, Minhenes lidostā, kur vecās videosistēmas ir palikušas gandrīz neskartas, bet tās lieliski darbojas kopā ar Sistore CX. Demontēts tikai vecais, savu laiku nokalpojušais video komutators, kura vietā uzstādīts mūsdienīgs video kodeks, kurš savienots ar lidostas Ethernet tīklu.

Siemens eksperti izstrādā aizvien jaunus un papildinātus risinājumus, to skaitā pastāvīgi uzlabo digitālo attēlu kvalitāti. Turpinot darbu šajā virzienā, Siemens izstrādāja pilnīgi digitalizētu Sistore sistēmu 2006. gada Āzijas sporta spēlēm, kas notika Katārā. Vairāk nekā 1300 digitālo kameru automātiski sameklēja, novērtēja un, ja nepieciešams, varēja izsekot jebkuru aizdomīgu kustību pilsētas sporta kompleksā.

Siemens pilnībā digitalizētā monitoringa sistēma drīzumā tiks plašāk ieviesta arī Vācijā. Piemēram, Berlīnes federālā robežpolicija šobrīd būvē jaunu centrālā biroja ēku, kas būs aprīkota ar pašu modernāko augstas klases videonovērošanas sistēmu. Ēku apjozīs 1,2 km garš žogs, kuru droši aizsargās videonovērošanas sistēma, kurā būs tikai 40 digitālās kameras.

Tālākā nākotnē Sisore CX izstrādātāji vislielāko uzmanību pievērsīs jauniem algoritmiem. Drīzumā jaunās sistēmas spēs atrast lidostās pazaudētus priekšmetus. Videosensori spēs atcerēties ne tikai fonu, bet arī ikvienu lielāku pārmaiņu, kas notiks attēla priekšplānā. Un, ņemot vērā pastāvīgu skaitļošanas jaudas pieaugumu, nākotnē notiks arī automātiska personu identifikācija. Pat ļoti pārpildītās gājēju zonās un lielos sporta pasākumos kameras spēs identificēt nekārtību cēlājus un cilvēkus, kurus meklē policija, – atpazīstot viņu seju.

Tomēr līdz tam vēl kāds laiciņš būs jāpaciešas. Videokamerām vēl būs jātiek galā ar dažām cilvēku viltībām, pārģērbšanās un maskēšanās mākslu, kā arī laika apstākļu un atšķirīga apgaismojuma radītām kļūdas iespējām.

Sagatavots pēc Pictures of the Future materiāliem