Латышев А.Ю. Исследование видеодетектора движения и тв

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»
(ТУСУР)
Кафедра телевидения и управления
(ТУ)
УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой ТУ, профессор
_________________И.Н. Пустынский
«______»___________________2012 г.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВИДЕОДЕТЕКТОРА ДВИЖЕНИЯ И ТВКАМЕРЫ ДЛЯ ОХРАННОЙ СИСТЕМЫ
ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ
Руководство к лабораторной работе
РАЗРАБОТАЛ
_________ А.Ю.Латышев
«______»_________2012 г.
2012
Латышев А.Ю. Исследование видеодетектора движения и твкамеры для охранной системы видеонаблюдения: Руководство к
лабораторной работе. – Томск: кафедра ТУ, ТУСУР, 2012. – 17 с.
© Латышев А.Ю., 2012
© Кафедра Телевидения и управления, ТУСУР, 2012
Содержание
1 Введение ........................................................................................................... 4
2 Теоретическая часть ......................................................................................... 4
3 Описание лабораторной установки .............................................................. 11
4 Настройка видеодетектора движения DVMD32 ......................................... 11
5 Лабораторное задание .................................................................................... 14
5.1 Расчетная часть ........................................................................................ 14
5.2 Экспериментальная часть ....................................................................... 14
6 Контрольные вопросы ................................................................................... 16
1 Введение
Целью
данной
работы
является
исследование
видеодетектора
движения и основных характеристик ТВ-камеры для охранной системы
видеонаблюдения.
2 Теоретическая часть
В любой, даже самой простой ТСВ, присутствуют по крайней мере
следующие устройства:

телекамера;

объектив;

видеомонитор;

источник электропитания;

соединительные линии.
Этого достаточно для организации простейшей системы
видеонаблюдения. Для реализации более интеллектуальных функций в
состав системы могут входить:

устройства управления и коммутации видеосигналов;

компьютер;

детектор движения;

видеонакопитель;

поворотное устройство с трансфокатором;

преобразователь видеосигналов.

Типовая структура ТСВ приведена на рис.2.1.
Рисунок 2.1- Типовая структура телевизионной системы видеоконтроля
ТВ-камера в ОСВ занимает ключевое положение: именно от ТВкамеры зависит качество получаемого изображения на видеомониторе.
Выбирая видеокамеру, мы должны принимать во внимание ряд
характеристик. Некоторые из них очень важны, другие заслуживают
меньшего внимания, все зависит от применения. К числу наиболее важных
относятся следующие характеристики ТВ-камер:

чувствительность видеокамеры;
При выборе камеры важно знать такие параметры объекта, как
минимальная освещенность и диапазон изменения освещенностей. Исходя
из
значения
минимальной
освещенности,
соответствующей чувствительностью.
выбирают
камеру
с
При определении необходимой чувствительности ТВ-камеры во
внимание должно приниматься следующее:

тип источника освещения (спектральная характеристика);

освещенность сцены;

коэффициент отражения объекта контроля (таблица 2.1);
Минимальная освещенность на
ПЗС-матрице ТВ-камеры
которая
может быть получена в зоне контроля рассчитывается по формуле:
E м атр 
Eоб  R  T
4 F2
,где
(2.1)
Еоб- освещенность на объекте, Лк;
R-коэффициент отражения объекта контроля (таблица 2.1);
F-светосила объектива;
T-коэффициент передачи объектива (таблица 2.2).
Таблица 2.1 - Коэффициент отражения объекта контроля
Объект контроля
%
Коэффициент отражения,
1 Одежда человека:
- белого цвета
80...90
- грязно-белого цвета
75...80
- желтого цвета
75...85
цвета
желто-коричневого
30...40
- серого цвета
20...60
- цвета слоновой кости
75...80
- ярко-голубого цвета
35...60
- ярко-зеленого цвета
50...75
2 Лицо человека
15...25
Таблица 2.2 - Светосила объектива и коэффициент прохождения
Светоси
Относительное отверстие
Коэффициент прохождения
F 0,80
1:0,80
0,310000
F 0,95
1:0,95
0,200000
F 1,20
1:1,20
0,140000
F 1,40
1:1,40
0,100000
F 2,00
1:2,00
0,050000
F 2,80
1:2,80
0,025000
F 4,00
1:4,00
0,012500
F 5,60
1:5,60
0,006250
F 8,00
1:8,00
0,003125
ла

минимально различимая деталь
Минимально различимая деталь- это минимальная деталь объекта
контроля, которая может различаться с помощью выбранных камеры и
объектива. Рассчитать МРД по-горизонтали можно во формуле:
S гор 
 гор
2000  D
 tg (
)
R
2 , где
(2.2)
D- расстояние до объекта, м;
R-разрешающая способность камеры, ТВЛ;
гор-угол обзора объектива по горизонтали;
Sгор-минимально различимая деталь по горизонтали, мм.
Рассчитанное значение размера МРД по горизонтали сравнивают с
показателями, приведенными в таблице (2.3).
Таблица 2.3
видеоконтроля
- Размер МРД в зависимости от целевой задачи
Целевая
видеоконтроля
задача
Размер
МРД
горизонтали, мм
Идентификация
До 2
Различение
До 15
Обнаружение
Свыше 15

по
разрешающая способность видеокамеры;
Измерение разрешающей способности камеры позволяет оценить
качество получаемого изображения. Однако следует отметить, что
разрешающая способность камеры должна быть не ниже чем у
видеомонитора, иначе качество изображения будет зависеть только от
видеомонитора. Измерение разрешающей способности производится
визуально на экране видеомонитора, на котором отображается тестовая
испытательная таблица.
На экране видеомонитора выводится изображение испытательной
таблицы, по которой визуально определяется разрешающая способность в
центре и по полю.
Числовые значения разрешающей способности представляются в
ТВЛ, принятых в телевидении, или в линиях на миллиметр (лин/мм),
принятых в оптике.
Перечисленные характеристики ТВ-камер во многом зависят от
объектива, который будет эксплуатироваться вместе с ней. Поэтому
немаловажную роль при проектировании систем видеонаблюдения
играют характеристики объективов.
К числу основных характеристик объектива относятся:
-фокусное расстояние
-относительное отверстие
Фокусное
расстояние
определяется,
как
расстояние
между
оптическим центром линз и фокальной плоскостью (ПЗС-матрицей)
камеры при фокусировке объектива на бесконечность и измеряется в
миллиметрах.
Фокусное расстояние рассчитывается по формулам:
f  v
S
V
и
f  h
S
H
(2.3)
где f- фокусное расстояние
v- вертикальный размер матрицы
V- вертикальный размер объекта
S- расстояние до объекта
h- горизонтальный размер матрицы
H- горизонтальный размер объекта.
В таблице 2.4 приведены значения ширины и высоты для различных
форматов ПЗС-матрицы.
Таблица 2.4 - Значения ширины и высоты матрицы для разных
форматов
Оптический формат ПЗС-матрицы,
Ширина
дюймов
H, мм
Высота
V, мм
1
12,8
9,6
2/3
8,6
6,6
½
6,4
4,8
1/3
4,8
3,6
Угол
обзора
обратно
пропорционален
фокусному
расстоянию
объектива: чем больше фокусное расстояние (выраженное в мм), тем
меньше угол обзора (выраженный в град).
Угол обзора объектива рассчитывается по вертикали и по горизонтали
по формулам:
 вер  2arctg (
V
)
2  f ,где
(2.4)
V-размер ПЗС-матрицы по вертикали;
f-фокусное расстояние.
 гор  2arctg (
H
) ,где
2 f
(2.5)
H-размер ПЗС-матрицы по горизонтали;
f-фокусное расстояние.
Применение видеодетекторов движения и квадраторов значительно
повышает эффективность
современной системы видеонаблюдения.
Видеодетекторы движения (Video Motion Detector — VMD) — это
устройства, анализирующие поступающие на вход видеосигналы и
определяющие наличие изменений в видеосигнале; в случае их появления
активируется выход тревоги.
На самом раннем этапе развития VMD была возможна только
аналоговая обработка. Такие простые VMD все еще применяются и,
пожалуй, достаточно эффективны в сопоставлении с их ценой, хотя они не
способны сделать сложный анализ и поэтому дают большое количество
ложных тревог
Следующий шаг VMD-технологии – это цифровой видеодетектор
движения (DVMD), еще более сложное и популярное устройство. И
конечно же, более дорогое, но при этом более надежное и дающее меньшее
количество ложных тревог.
3 Описание лабораторной установки
В лабораторном макете будет реализована охранная система
видеонаблюдения
на основе цифрового видеодетектора движения
DVMD32.
Состав лабораторного макета:
 Черно-белая видеокамера WAT-902B ( матрица ½”, разрешение 570
ТВ линий, чувствительность 0.03 Лк)
 Объектив с переменным фокусом без авто-ириса
 Объектив с авто-ирисом и постоянным фокусным расстоянием 8мм
 Цифровой видеодетектор движения DVMD32
 Тестовая испытательная таблица ТИТ-0249
 Монохромный видеомонитор
5
3
6
1
7
2
4
1-Тестовая испытательная таблица;2-Объектив;3-Осветительный
прибор;4-ТВ-камера WAT-902B;5-Регулятор освещенности;6Видеодетектор движения DVMD32;7-Видеомонитор
Рисунок 3.1 –Внешний вид лабораторного макета
4 Настройка видеодетектора движения DVMD32
Передняя панель
Передняя панель цифрового видеодетектора движения выглядит
следующим образом:
RECORD FUNCTIONS
1/5
PROGRAM
1
2
3
3/7
2/6
4/8
4
QUAD
5
DVMD32
DIGITAL MOTION DETECTOR
RECORD
SEQUENCE PROGRAM
6
7
ENLARGE
8
9
1 клавиша “PROGRAM” - для выхода в меню или подтверждения выбора;
2 Клавиши навигации- для перемещения курсора или изменения
параметров;
3 Индикатор- отображает нажатие клавиши на передней панели;
4 Клавиши выбора камеры- для выбора канала камеры;
5 клавиша “QUAD- для выбора отображения одного из двух квадратов по 4
канала;
6 клавиша “SEQUENCE”- для отображения изображения от камеры на весь
экран;
7 клавиша “RECORD”- для записи на видеомагнитофон;
8 клавиша “ENLARGE”- переключение изображения при одновременном
включении записи и воспроизведении;
9 клавиша “PLAY PROGRAM”- переключение режимов воспроизведения
записи.
Рисунок 4.1 -Передняя панель видеодетектора движения DVMD32
Установка окон детектирования
Для упрощения и быстроты конфигурирования DVMD32 можно
использовать манипулятор «мышь».
Для установки окон детектирования нажать на клавишу «PROGRAM», и
в появившемся меню выбрать пункт «MOTION».
На экране от отобразиться квадрат А и в центре экрана следующее меню:
SELECT CAM or QUAD B
Далее необходимо выбрать необходимый канал нажав левую кнопку мыши
на соответствующем канале либо, если необходимо выбрать канал в
квадрате В нажать мышью на слове «QUAD B» в строке меню.
Выбранный канал будет отображаться на весь экран, а в центре него будет
располагаться меню:
AD MOV SIZ DEL MOR Q
AD- добавление нового окна
MOV – перемещение окна
SIZ – изменение размеров выбранного окна
DEL - удаление окна
MOR – дополнительное меню
Q – выход
Дополнительное меню «MOR» :
DTL LW CAM MOR Q
DTL (Detail window) : EXIT
TYPE : MOTION
SENSIVITY : 50
TYPE- устанавливает режим работы окна. Motion –режим «движение»,
Museum- «музейный» режим.
SENSIVITY- устанавливает чувствительность выбранного окна от 0 до
100.
5 Лабораторное задание
5.1 Расчетная часть
1.Рассчитать расстояние от камеры до испытательной тестовой
таблицы
при
использовании
объектива
с
переменным
фокусным
расстоянием, при условии, что изображение тестовой таблицы займет весь
растр. Фокусное расстояние объектива взять в крайних положениях: 6мм и
12мм.
2.Рассчитать углы обзора объектива при фокусном расстоянии 6мм и
12мм.
3.Рассчитать МРД ТВ-камеры на расстоянии 30см, 1м, и 5 м от нее,
при фокусном расстоянии объектива 12 мм.
5.2 Экспериментальная часть
1.Установить тестовую испытательную таблицу перед камерой так,
чтобы она заняла весь растр на видеомониторе при фокусе объектива
12мм. Замерить расстояние от камеры до таблицы, и угол обзора
объектива. Сравнить полученные данные с расчетными.
2.Провести
измерение
разрешающей
способности
камеры
с
использованием объектива без авто-ириса для различной освещенности
тестовой таблицы. Настройку диафрагмы камеры произвести при
минимальной освещенности таблицы. Освещенность таблицы изменять
при помощи лампы с диммером.
Полученные результаты представить в виде таблицы:
Таблица 4.1- Результаты измерения разрешающей способности для
камеры при различной освещенности таблицы
1
Освещенность, Лк
по
Разрешаю
горизонтали
щая
способность в
по
центре, ТВЛ
вертикали
по
Разрешаю
горизонтали
щая
способность
по
слева, ТВЛ
вертикали
Разрешаю
щая
способность
справа, ТВЛ
Количеств
о различимых
градаций
яркости
5
00
1
000
2
000
3
000
по
горизонтали
по
вертикали
по
горизонтали
по
вертикали
3.Аналогично провести измерение разрешающей способности камеры
с использованием объектива без авто-ириса при настройке диафрагмы
камеры при максимальной освещенности тестовой таблицы. Полученные
результаты представить в виде таблицы ( см. таблица 4.1).
4.Провести
измерение
разрешающей
способности
камеры
с
использованием объектива с авто-ирисом для различной освещенности
тестовой таблицы. Освещенность таблицы изменять при помощи лампы с
диммером. Полученные данные представить в виде таблицы.
5.Экспериментальное исследование видеодетектора движения
5.1 Исследование детектора движения в режиме «движения»
Перед испытательной таблицей поместить предмет, в нашем случае
это квадратная пластина серого цвета. На экране задать область
детектирования совпадающую с изображением пластины,
после этого
устанавливаем детектор движения в дежурный режим. Затем необходимо
перемещать предмет через область детектирования. Если детектор
сработал то в таблицу 5.2 в соответствующее поле ставится «+», если не
сработал то ставится «-». При постоянной ложной тревоге в таблицу
записать «ЛТ». Данный опыт проводим для областей детектирования 50%,
100%, 200% от размера изображения пластины,
и для разной
чувствительности 25, 50, 75, 100 единиц.
Таблица 5.2- Результаты исследование видеодетектора движения
Размер области детектирования
Чувствительность
50%
100%
200%
25
50
75
100
6.2 Исследование детектора движения в «музейном» режиме
Эксперимент отличается от предыдущего тем, что предмет не
перемещается через область детектирования. На экране видеомонитора
задается область детектирования и для нее устанавливается режим
«museum». Пластина помещается перед камерой и детектор ставится в
дежурный режим, затем убираем пластину из области детектирования и
фиксируем реакцию детектора на отсутствие объекта. Полученные
результаты аналогично предыдущему опыту заносятся в таблицу 5.2.
7. Сделать выводы
6 Контрольные вопросы
1.Каков состав простейшей охранной системы видеонаблюдения ?
2.Что такое минимально различимая деталь?
3. Что принимается во внимание при расчете чувствительности ТВкамеры?
4. Что такое фокусное расстояние объектива?
5. Как взаимосвязаны между собой фокусное расстояние и угол обзора
объектива?
6.Для чего применяется авто-ирис?
7.Какими преимуществами обладает охранная система
видеонаблюдения при использовании видеодетекторов движения?
8.Как влияет изменение освещенности объекта на получаемое
изображение при использовании объектива без авто-ириса.
9.В чем отличие режимов детектирования «museum» и «motion»?