大区域监视系统方案
1.提出问题

往往一些广场类的大面积区域等都是些非常重要的场合,其安全防范要求等级也是最高的,如机场:

球场

 

这些场合的特点是:区域大,横向纵向均有相当的广度和深度。安防监控的要达到的目的如下:

1)看清每个角落,不仅近处,还要保证远处也能看清,也就是期望无论是远近,相机均具有几乎相等的分辨率。

2)很多监视都是为了事后查证的,因此,要有对现场的全面完整清晰的记录。

3)具有良好的人机功效,安装维护使用要简单。

目前的解决方案:

    方案一:使用高清摄像机,由于摄像机的分辨率随着距离的增加,分辨率会下降,为了解决这个问题,可安装多个高清摄像机,每个高清相机照顾一块地方。这种方案缺点是多个相机产生的多个画面会加重监视者负担,使得人机功效降低。缺乏整体态势的感觉。

    方案二:使用一个广角镜头的相机以获得整体画面,再配合PTZ相机对局部重点感兴趣区域的进行察看。但是这种方案,在记录的时候,由于纪录的是宽视场的整体画面及PTZ相机,而PTZ只能记录当时正在指向的区域画面,而其他地方的事件信息却遭到了严重遗漏,而广角相机的内容不清楚,尤其是在远处,即便是高清相机。

    因此,我个人认为,目前,这种场合下的视频监视还缺乏完美的解决方案。

为了减轻地面操作人员的负担,提高快速响应作战能力以及系统侦查能力。在完善AVT22针对常规的目标跟踪功能和性能同时,集成多种捕获跟踪算法,其中增加了多目标跟踪和基于场景锁定的跟踪技术。
2.解决之道

传统相机中传感器的每个像元的地位是等同的,它们均匀排列在一个二维阵面上。但实际场景却不是二维的,而是三维的,不仅有横向更有纵向,而这二维传感器将实际的三维图像转换成二维图像,这意味着相同数目的像素捕获的区域面积远处的要比近处的大,也即是远处的分辨率低。如下图:

从这个图中,我们可以看到,超出一定距离,其解析度很快就下降到125像素/米之下,这是个极限解析度,比这个解析度低,意味着人眼很难看到清人和物。

为了解决这个问题,我们提出一种"多焦距成像系统",我们不再使用一个镜头,而是采用多个传感器,每个传感器具有不同焦距的镜头,这样将场景进行"切片化",每个局部区域有一个最佳焦距的镜头的传感器分配给它,这样,我们可以保持在整个监视空间具有均匀的分辨率。如下图:

从上面分辨率和距离的关系我们可以看到,我们可以看到这种多焦距成像系统可用在设计的距离内始终保持一个很高的分辨率。对比如下:
显然这种"多焦距成像系统",对一个巨大面积的区域,可以从一个位置非常高效地进行监视。它在具有全局纵览的同时又具有极高的细节分辨率,图像的解析能力不因距离的远近而恶化,即使在图像最遥远的地方,我们也能确保分辨率不低于指定的参数。

使用这种"多焦距成像系统"对这种大型广场类区域的监视具有如下好处:

1)看清每个角落,不仅近处,还要保证远处也能看清,也就是期望无论是远近,相机均具有几乎相等的分辨率。

2)对现场的全面完整清晰的记录。不会像PTZ那样只会记录当时指向的区域。

3)具有良好的人机功效。不仅具有纵览还可看清每一处的细节。图像直观便于理解。

4)安装简单。只需一个安装点。且无运动部件,寿命长稳定可靠。

使用这种"多焦距成像系统"对这种大型广场类区域的监视具有如下好处:

1)看清每个角落,不仅近处,还要保证远处也能看清,也就是期望无论是远近,相机均具有几乎相等的分辨率。

2)对现场的全面完整清晰的记录。不会像PTZ那样只会记录当时指向的区域。

3)具有良好的人机功效。不仅具有纵览还可看清每一处的细节。图像直观便于理解。

4)安装简单。只需一个安装点。且无运动部件,寿命长稳定可靠。

3.系统结构

多焦距成像系统 + 记录管理软件。

4.本方案同其它一些解决方案的比较
先看一下多焦距成像系统的性能指标

方案1:高清相机

也许有人问,高清相机的分辨率会越来越高,这种多焦距成像系统也就没什么意义了。

  1. 我们真的不是为解决相机分辨率的问题而去忙活这个所谓的“多焦距成像系统”的。其实用户真正关心的不是相机的像素数目,而是能不能将整个监控范围内所以人、物、事件等都看清,以便日后查证。多焦距成像系统解决的是恰恰就是用户的这个要求,确保在整个监视范围内保持一致的分辨率,做到远近都能看清。我们知道要解决远近都能看清,不仅仅是相机分辨率的问题,还有镜头的问题,镜头总是有景深这个参数的,不可能远处近处都能兼顾,远处对焦正确图像清晰了,近处就会模糊,而近处对焦正确图像清晰了,远处就会模糊。所以,仅仅想通过提高相机分辨率是不可能实现远近都能看清这个目的的。在多焦距成像系统的技术参数里有个“系统等效分辨率”也仅仅是为了方便用户与传统相机分辨率参数的比较。
  2. 多焦距成像系统与高清相机并不互相排斥的,本来多焦距成像系统就是由高清相机组成的。随着高清相机分辨率的增加和价格的下降,多焦距成像系统的分辨率也会进一步提高,且价格也会逐步下降。
  3. 目前安防市场高清相机的分辨率大多几百万像素(MP),即1080p;而多焦距成像系统的分辨率可达几千万甚至几万万像素。而且多焦距成像系统的分辨率还可以无限制地扩展下去。

方案2:多个分布安装的高清相机

我们当然可以用多个分布安装的高清相机实现对整个监控场所进行严密而无遗漏的监视。但是这样做的代价:

  1. 安装、维护不方便。这是很显然的,一个“多焦距成像系统”的安装是非常容易的,维护工作量也大大降低。
  2. “多焦距成像系统”给用户提供的是一个场景画面,而分布安装的多个高清相机给用户提供的是多个不同位置的画面。无论用户对图像的理解或是对事件的反应快速性方面,从人机工程学角度来说,很显然,多个分布的相机相对于集成的“多焦距成像系统”来说效率会低得很多。因为你必须在多个画面中分散你的注意力,从而降低你的工作效率。
  3. 相信由这种“多焦距成像系统”组成的对机场、体育场、港口码头、十字路口的监视系统,其画面的容易理解程度、以及操作人员的监视效率是传统的“多个分布安装的相机”这样的解决方案所不能比拟的。

方案3:PTZ相机

  1. PTZ相机有个最大的缺点:它只能记录操作者正在看的区域,如果操作者使用PTZ细看某一处的局部区域,则只有这个区域被记录。如果一个事件是在相同的时间在不同的位置发生,则事后没法能发现这一事件。对于“多焦距成像系统”来说,无论操作者在实时监视那个局部区域,系统总是以最大分辨率连续记录整个场景和局部细节,使得事后分析成为可能。
  2. PTZ一次只能一个操作者控制,也就是说它天生就是单用户的。而“多焦距成像系统”则支持多用户同时操作,多个用户可以细看多处局部区域,就好像有多个PTZ相机一样。
  3. “多焦距成像系统”,不仅具有全局的纵览,还有最高的细节分辨率,图像的解析能力不因距离的远近而恶化。这个特点是令人印象深刻且目前市场上绝无仅有的。

方案4:自动监视

这个概念早就有人提出,市场上并有相应产品。如下图:

系统由一个监视全局概貌的广角相机,和一个PTZ相机组成。通过对广角相机的画面进行智能分析,如移动物体、某区域有入侵等事件,以此自动控制PTZ相机进行细节监视、跟踪和记录。但是这样的系统,具有PTZ系统前面分析的固有问题。虽然自动智能了,但是依旧有丢失事件信息的可能。这种系统不适合复杂的多变的大场景监视。这对机场、广场、体育场等是非常不适合的,可能对那些人物活动少变化不复杂的区域监视是比较实用。

方案5:智能相机

智能相机与"多焦距成像系统"是两个不同的概念,解决的问题是不一样的。没有什么可比性。

 

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