Gęstość pikseli i DORI

W systemach dozoru wizyjnego do najczęstszych wymagań użytkowych należą detekcja, obserwacja, rozpoznawanie i identyfikacja osób lub obiektów występujących w materiale wizyjnym.

Po ustaleniu niezbędnego poziomu szczegółowości można go przełożyć na wymaganą rozdzielczość kamery, posiłkując się modelem gęstości pikseli. Model ten określa liczbę pikseli przypadających na szerokość ludzkiej twarzy, która jest wymagana do identyfikacji. Jednak gęstość pikseli często wyraża się w pikselach na metr lub stopę.

* Dokładniejsze przeliczenia pikseli/m są stosowane w arkuszach danych produktów, ale na ogół stosuje się wartości zaokrąglone.

Model gęstości pikseli zapewnia łatwe w użyciu wytyczne. Jednak w rzeczywistości zawsze występują dodatkowe czynniki, które mogą wpłynąć na ostateczny rezultat, takie jak kierunek padania światła, jakość elementów optycznych i kompresja obrazu. Axis udostępnia narzędzia online oparte na modelu gęstości pikseli, które pomagają zaplanować system dozoru zapewniający właściwy poziom szczegółowości we właściwych miejscach. Narzędzia te uwzględniają zarówno gęstość pikseli, jak i wiele innych czynników:

• AXIS Site Designer zawiera selektor kamer, który ułatwia wybór odpowiedniej kamery na podstawie kilku kryteriów, takich jak warunki oświetleniowe i poziom szczegółowości potrzebny przy określonych odległościach.

• Kalkulator obiektywów określa pokrycie kamery i gęstość pikseli przy wskazanych odległościach dla różnych kombinacji kamera/obiektyw.

• Licznik pikseli to zintegrowane narzędzie dostępne w kamerach Axis, które umożliwia łatwą weryfikację wymagań użytkowych. Jest to prosta pomoc wizualna w postaci ramki wyświetlanej na podglądzie na żywo z kamery, której szerokość i wysokość są mierzone w pikselach.

• Wtyczka AXIS Plugin for Autodesk® Revit® pozwala wybierać interaktywne produkty Axis i umieszczać je bezpośrednio na planach budynków w oprogramowaniu Autodesk Revit, umożliwiając włączanie systemów dozoru do tworzonych projektów. Wtyczka zawiera wbudowany selektor produktów oraz umożliwia weryfikowanie pokrycia i dostosowywanie ustawień do sceny.

Obliczenia odległości związane z definicjami detekcji, obserwacji, rozpoznawania i identyfikacji są również dostępne w arkuszach danych nowych produktów Axis.

Należy zauważyć, że podane wymagania użytkowe dotyczą sytuacji, gdy optyczne obrazy wideo są interpretowane przez człowieka. W przypadku aplikacji do analizy materiału wizyjnego oraz innych systemów, w których za analizę obrazu odpowiada oprogramowanie, należałoby zastosować inne definicje. Inne definicje wymagań użytkowych wiążą się także z obrazowaniem termowizyjnym (wykorzystującym kamery termowizyjne).

Należy także zauważyć, że jeśli do monitorowania sceny używany jest wyświetlacz zewnętrzny, możliwość detekcji, obserwacji, rozpoznawania i identyfikacji osób w znacznym stopniu zależy od rozdzielczości ekranu wyświetlacza.

Podczas projektowania systemu dozoru należy pamiętać o jego przeznaczeniu. Na podstawie kart danych i specyfikacji technicznych można określić, która kamera ma najlepszą rozdzielczość, ale w celu zoptymalizowania kosztów i nakładów pracy należy się skoncentrować na tym, jaka kamera i konfiguracja spełni wymagania użytkowe. Przykładowo: czy potrzebna jest identyfikacja osób widocznych w materiale wizyjnym czy wystarczy sama detekcja ich obecności w materiale?

W tym dokumencie przedstawiono wskazówki, które ułatwiają wybór kamery spełniającej wymagania użytkowe systemu. Omówiono w nim wymagania dotyczące gęstości pikseli oraz narzędzia Axis przeznaczone do planowania konfiguracji systemu dozoru.

Rozróżniamy potrzeby detekcji, obserwacji, rozpoznawania i identyfikacji. Czasami wymagania te określa się akronimem DORI (od angielskich słów „detection”, „observation”, „recognition” i „identification”).

Specyfikacje tych wymagań (w odniesieniu do kamer optycznych) pochodzą z międzynarodowego standardu IEC 62676-4 (systemy dozoru wizyjnego stosowane w zabezpieczeniach — część 4: wytyczne stosowania)

Należy zauważyć, że specyfikacje podanych wymagań użytkowych dotyczą sytuacji, gdy optyczne obrazy wideo są interpretowane przez człowieka. W przypadku aplikacji do analizy materiału wizyjnego oraz innych systemów, w których za analizę obrazu odpowiada oprogramowanie, należałoby zastosować inne definicje wymagań użytkowych. Inne specyfikacje wymagań użytkowych wiążą się także z obrazowaniem termowizyjnym (wykorzystującym kamery termowizyjne).

Po określeniu poziomu szczegółowości, jaki ma zapewnić system dozoru, trzeba znaleźć kamery spełniające te wymagania. Na tym etapie przydaje się model gęstości pikseli, który pozwala powiązać poziom szczegółowości z rozdzielczością kamery.

Zasadniczo model ten określa liczbę pikseli potrzebną do odwzorowania szerokości ludzkiej twarzy, łącznie ze szczególnymi cechami wyróżniającymi, na żądanym poziomie szczegółowości. Aby znormalizować wymagania dotyczące gęstości pikseli, wartość gęstości odpowiadającą twarzy można przeliczyć na odpowiednią liczbę pikseli przypadających na metr lub stopę przy założeniu, że przeciętna ludzka twarz ma szerokość 16 cm, czyli 6 5/16 cala. W tabeli wymieniono otrzymane w ten sposób gęstości pikseli dla różnych wymagań użytkowych.

* W standardzie IEC 62676-4 wartości są podane w pikselach/m. W przypadku rynków, na których używa się stóp, a nie metrów, przeliczamy zestandaryzowane wartości na piksele/st. Arkusze danych produktów Axis zawierają dokładnie przeliczone wartości (19, 38 i 76 pikseli/st.) i to one są używane do obliczeń odległości. W praktyce jednak często są stosowane wartości zaokrąglone (20, 40 i 80 pikseli/st.).

Zgodnie z typowymi zaleceniami, na przykład tymi przedstawionymi w standardzie IEC 62676-4, w scenariuszu zakładającym identyfikację na szerokość ludzkiej twarzy powinno przypadać minimum 40 pikseli. Jeśli to możliwe, warto skorzystać z jeszcze większej gęstości pikseli, aby zapewnić sobie margines bezpieczeństwa na wypadek trudniejszych warunków, takich jak nienajlepsze oświetlenie czy osoby niezwrócone bezpośrednio w kierunku kamery.

Gęstość pikseli możliwa do osiągnięcia w określonej konfiguracji kamery zależy m.in. od odległości kamery od interesującej nas osoby lub obiektu. Osoba znajdująca się w większej odległości od kamery będzie mieć mniejszą gęstość pikseli niż osoba znajdująca się bliżej.

Trzeba pamiętać, że model gęstości pikseli jest pewnym uproszczonym odwzorowaniem złożonej rzeczywistości. Można go traktować jako pewną wskazówkę, ale nie ma gwarancji, że w przypadku wdrożenia tych uproszczonych zaleceń kamera spełni wymagania użytkowe. Z drugiej strony, jeśli instalacja nie będzie zgodna z wytycznymi dotyczącymi gęstości pikseli, nie oznacza to automatycznie, że wymagania użytkowe nie zostaną spełnione. W rzeczywistości zawsze występują dodatkowe czynniki, które wpływają na ostateczny rezultat, takie jak kierunek padania światła, jakość elementów optycznych i kompresja obrazu. Axis udostępnia kilka narzędzi online przeznaczonych do projektowania systemów dozoru, które uwzględniają zarówno gęstość pikseli, jak i wiele innych czynników.

Szczególnie ważny jest wybór optyki — stanowiący naukę samą w sobie — dlatego warto współpracować z producentami dostarczającymi kamery, które zostały kompleksowo przetestowane z dołączonym obiektywem.

Należy także zauważyć, że jeśli do monitorowania sceny używany jest wyświetlacz zewnętrzny, możliwość detekcji, obserwacji, rozpoznawania i identyfikacji osób w znacznym stopniu zależy od rozdzielczości ekranu wyświetlacza.

Axis udostępnia kilka narzędzi, które przekładają gęstość pikseli oraz wymagania użytkowe na cechy sceny i kamery. Narzędzia te pomagają zaprojektować kompletny system dozoru, który spełnia wymagania użytkowe.

Obliczenia odległości związane z definicjami detekcji, obserwacji, rozpoznawania i identyfikacji są również dostępne w arkuszach danych nowych produktów Axis, których aspekty dotyczą. W obliczeniach punkt odniesienia stanowi środek obrazu oraz jest uwzględniane zniekształcenie powstające w obiektywie.

AXIS Site Designer to dostępne online kompleksowe narzędzie do planowania systemów, które pomaga w wyborze potrzebnych kamer, akcesoriów i rozwiązań do rejestrowania. Selektor kamer ułatwia wybór optymalnej kamery na podstawie różnych kryteriów, w tym gęstości pikseli i poziomu szczegółowości wymaganych przy określonych odległościach w różnych warunkach oświetleniowych.

AXIS Site Designer pozwala zobrazować gęstości pikseli możliwe do osiągnięcia w poszczególnych kamerach w całym obszarze ich pokrycia, przy czym każde wymaganie użytkowe jest oznaczone innym odcieniem.

Dostępny online kalkulator obiektywów określa pokrycie kamery i gęstość pikseli przy wskazanych odległościach dla różnych kombinacji kamera/obiektyw.

Licznik pikseli to zintegrowane narzędzie dostępne w kamerach Axis, które umożliwia łatwe weryfikowanie wymagań użytkowych podczas konfigurowania kamery. Licznik pikseli jest prostą pomocą wizualną w kształcie ramki. Można ją wyświetlić na podglądzie na żywo razem z licznikiem, który pokazuje szerokość i wysokość ramki wyrażoną w pikslach. Licznik można dostosowywać i przesuwać po obrazie metodą przeciągania i upuszczania.

Wtyczka AXIS Plugin for Autodesk Revit umożliwia umieszczanie trójwymiarowych modeli wybranych kamer Axis na planach budynków tworzonych w oprogramowaniu Autodesk Revit. Modele te obejmują pokrycie kamery (w tym obszary detekcji, obserwacji, rozpoznawania i identyfikacji), dzięki czemu pozwalają zweryfikować pokrycie przy użyciu konfigurowalnych właściwości odpowiadających wymogom dozoru w projektowanym budynku. Pokrycie modelu jest zgodne z rzeczywistym pokryciem kamery, co zwiększa rzetelność tworzonych schematów trójwymiarowych.