Видеоаналитика: виды и возможности

В сфере видеонаблюдения стремительными темпами наступает будущее, и развивающаяся отрасль видео-аналитики, в частности, приближает его.

Умная видео-аналитика и ее возможности – это то, о чем пойдет речь в данной статье, и мы постараемся исчерпывающим образом раскрыть данную тему.

Условные сокращения:

• ВА – видео-аналитика;

• ПО – программное обеспечение.

Начнем с того, почему установка ВА на вашу систему видеонаблюдения станет наиболее оптимальным и целесообразным решением.

В качестве наглядного примера рассмотрим две ситуации:

1. Вы нанимаете на работу охранника, который будет следить за периметром территории, осматриваемой камерами видеонаблюдения;

2. Вы устанавливаете ВА на свою систему видеонаблюдения с той же целью.

И в первом, и во втором случае основной задачей является контроль осматриваемой территории с целью своевременного обнаружения различных угрожающих факторов и предупреждения внештатных ситуаций.

Однако установка ВА, бесспорно, будет более выигрышным решением, и вот почему.

Нанимая для выполнения названных задач человека, вы должны учитывать присутствие у него человеческого фактора, подверженность когнитивным искажениям и другие проявления людского несовершенства, коим не обделен каждый из нас. 

Вы ждете от сотрудника, что тот круглосуточно будет максимально внимателен и бдителен, выполняя свои задачи по контролю территории, однако он может банально отлучиться в санузел, задремать от простой человеческой усталости и еще бог знает что может случиться, ведь он не робот.

То есть человек не обеспечит того уровня контроля, который возможен при наличии умной ВА, которая как раз-таки лишена вышеназванных недостатков, присущих людям.

Устройства с ВА имеют возможность обработки данных и передачи оповещений в центральный приемник, которым может выступать даже ваш смартфон. Это даст гарантию, что критические моменты не останутся незамеченными, как это бывает, например, когда система видеонаблюдения оказывается выключенной сотрудниками, которых подговорили злоумышленники (такой вариант в практике тоже встречается).

Итак, давайте разберемся, какие существуют виды ВА.

Какие бывают виды видеоаналитики

ВА, которая устанавливается на камеру

Это можно сравнить с установкой приложения на ваш смартфон: на определенных IP-камерах предусмотрена возможность установки данного ПО.

Из крупных производителей видеокамер с такой функцией можно выделить Axis, который имеет проверенную годами платформу ACAP, где можно выбрать как бесплатные, так и платные программы.

*пример: работа Traffic CaMMRa по распознаванию автомобильных номеров

В условиях ежегодного роста подключения разных устройств к интернету ВА, устанавливаемая на камеру, считается перспективной и привлекательной технологией.

Из преимуществ можно выделить:

• Широкий выбор моделей камер и ПО, которое можно на них установить.

• Высококачественные характеристики ПО;

• Сниженная нагрузка на носитель видеоархива и пропускную способность сети.

Из недостатков:

• Не на каждую модель можно установить нужное ПО; кроме того, устанавливаемая ВА требует интеграции с VMS;

• Многие разработчики имеют программный интерфейс для синхронизации с любым ПО, но это требует времени и денег.

ВА, встроенная в камеру по умолчанию

В данном случае производителем встраивается в камеру собственная ВА, и покупатель получает IP-камеру с уже установленной ВА.

Единственное принципиальное отличие от ВА, устанавливаемой на камеру, состоит в отсутствии необходимости самостоятельно искать и подбирать нужное ПО.

Из преимуществ:

• Как правило, встроенная ВА бесплатна и имеет лучшую производительность;

• Простота настройки и обслуживания ВА.

Из недостатков:

• Нет возможности заменить ВА, кроме как купить другую камеру с другой ВА;

• Набор функций ограничен теми, что установил производитель;

• Часто – низкое качество ВА, так как она выступает при производстве камеры «побочным» продуктом, к тому же бесплатным;

• Как правило, не работает с ПО других производителей.

Устройства со встроенной ВА

Устройство со встроенной ВА, например видеорегистратор, осуществляет анализ потока данных с видеокамер, часто с нескольких каналов.

*пример: 4-канальное устройство со встроенной ВА – IDIS DV-1104

Преимущества:

• Простота настройки (разработчики предварительно настраивают устройство и разрабатывают специальный интерфейс для ВА);

• Дешевле и компактнее по сравнению с серверной ВА.

Недостатки:

• Стоимость выше, чем у ВА, встроенной в камеру;

• Сложно интегрировать стороннее ПО;

• Зачастую не работает с ПО других производителей.

ВА, которая встроена в видеорегистратор

Принципиально отличается от серверной ВА локализацией операционной системы – в материнской плате, а не на жестком диске, который служит здесь местом хранения видеоархива.

Из преимуществ:

• Простая настройка без необходимости интеграции ВА с носителями видеоархива и установки дополнительного ПО;

• Так как ВА по умолчанию встроена в видеорегистратор, его ПО идеально выполняет прием, обработку и вывод данных на монитор либо в приложение.

Из недостатков:

• Требуется высокая мощность процессора для обработки потока данных, это значительно ограничивает количество камер, которое можно подключить к одному видеорегистратору;

• Ограниченное количество поддерживаемых типов ВА;

• Часто для работы ВА необходимы камеры и видеорегистратор одного производства.

ВА, встроенная в ПО устройств видеонаблюдения

Следует учитывать, что декомпрессия потоков данных и выполнение алгоритмов ВА выполняются с помощью серверного процессора, поэтому установка такого устройства потребует установки одного или двух серверов с достаточной мощностью процессора.

Преимущества:

• Широкий выбор типов ВА;

• Модель камеры не принципиальна, нужно лишь направить поток данных с камеры в ПО.

Недостатки:

• Ограниченное количество камер для подключения;

• Дороже ВА, встроенной в камеру;

• Требуется высокая пропускная способность локальной сети.

Облачная ВА

Вы арендуете специальный облачный сервер, на который затем отправляете видео для видеоанализа в удаленном формате.

Преимущества:

• Модель камеры не принципиальна, нужно лишь направить поток данных с камеры на облачный сервер;

• Хорошая масштабируемость и надежность хранения информации;

• ВА облачных серверов с нейросетями способна к самообучению, что повышает ее качество.

Недостатки:

• Требуется высокая пропускная способность сети;

• Ежемесячная плата за использование сервера;

• Мало вендоров и типов ВА;

• Сложность реализации (долгая интеграция с ПО);

• Не каждое ПО можно интегрировать.

Серверная ВА

Покупка большого сервера, его установка, настройка, конфигурация и запуск на нем ВА.

Ситуация в целом схожая с облачной ВА, но сервер стоит не в центре обработки данных и не является собственностью оператора.

При установке сервера необходима настройка передачи результатов анализа в ПО.

Преимущества:

• Модель камеры может быть любая, нужно лишь направить поток данных с камеры на сервер;

• Не требуется использование ресурсов камер и видеорегистраторов.

Недостатки:

• Высокая стоимость: кроме поставщика ВА, необходима аппаратура с сервером;

• Высокие требования к пропускной способности сети;

• Сложная реализация: долгая интеграция с ПО;

• Не каждое ПО может быть интегрировано.

Функции ВА

Обнаружение расфокусировки

Нарушение функции фокусировки может происходить как в результате специальных действий злоумышленников, так и от естественного действия внешних факторов (например, уличные камеры могут расфокусироваться под влиянием ветра).

Обнаружение утери видеопотока

Такой вариант также пользуется популярностью при выполнении своих задач злоумышленниками. Для утраты видеопотока они могут, например, «пересечь» подачу питания камеры.

Детекция смены области съемки

Это очень просто и очевидно – повернуть корпус камеры и сменить направление объектива, - поэтому часто используется злоумышленниками. Но такую штуку можно провернуть лишь с камерами, на которых это позволяет сделать их конструкция (зачастую это уличные камеры). В данном контексте преимущество купольных камер в том, что их повернуть нельзя.

Обнаружение заслона/засвечивания

Засветка может использоваться как злоумышленниками, так и просто особо одаренными приколистами, которые, к примеру, развлекаются, направляя свет фонарика или луч лазера в объектив – как известно, из-за этого фоточувствительные элементы матрицы засвечиваются, и камера временно «слепнет».

Также камеру могут заслонить различные предметы (к примеру, воздушный шарик) или комок грязи, брошенный в объектив теми же умниками-приколистами.

*пример детекции заслона объектива видеокамеры

Видеокамеры также пользуются особой популярностью среди плетущих паутину пауков. А еще в суровых российских условиях объектив камеры может запросто обледенеть.

Бесплатная ВА

Видео-аналитика, по умолчанию встроенная в видеокамеру, является бесплатной. Но от бесплатности она не стала плохой, скорее даже наоборот.

Обнаружение движения в кадре

С одной стороны, можно назвать данную функцию банальной и ставшей уже классикой даже для дешевых камер. С другой стороны, здесь важна обработка детектором бесполезных движений, ведь в кадре их обычно подавляющее большинство (идет дождь, качаются деревья и так далее), а места на жестком диске они займут до 90%. А ведь на жесткие диски уходят существенные затраты.

То есть критерий выбора для современных видеокамер – не наличие детектора движений, а качество его обработки движений.

Качественная детекция движений значительно сэкономит емкость процессора и жесткого диска.

Кроме программных, существуют инфракрасные датчики – они реагируют на излучение тепла и работают в темноте.

Обычно, когда срабатывает детектор, пользователю приходит электронное письмо с приложением фотографии либо фрагмента видео того момента, когда произошло срабатывание детектора.

Детекция пересечения виртуальных линий

Тоже функция, ставшая классикой. Детектор срабатывает при пересечении виртуальной линии, нарисованной пользователем в кадре камеры. Также настройке поддаются направления пересечения линии и размеры пересекающих линию объектов.

*пример детекции пересечения виртуальной линии

При хорошем освещении такие камеры станут выигрышным вариантом, чтобы контролировать охраняемую территорию. Если же с освещением не все гладко, как альтернативу можно предложить тепловизионные IP-камеры. Их функционал абсолютно такой же, но преимущества их в том, что: 1) работают они в полной темноте; 2) работают на недостижимых для других камер расстояниях. Но здесь есть и свои нюансы, по которым нужно уже писать отдельную статью.

Обнаружение вторжения в зону

По сути, функция близка с детекцией пересечения виртуальных линий, но вместо линии рисуется уже целая зона.

Помимо детектируемой зоны вторжения, можно настраивать время присутствия/отсутствия в этой зоне.

Плюс ко всему, данная функция дает возможность противостоять праздношатанию, которое во многих странах даже карается законом.

Детекция пропавших/оставленных предметов

Пользователю будут приходить уведомления о появлении/исчезновении объектов в определенной зоне; плюсом можно настроить время присутствия/отсутствия предметов в этой зоне.

*пример детекции оставленного предмета

*пример детекции пропавшего объекта

Следует сделать оговорку, что в местах массового пребывания людей возможны множественные ошибки (ложные срабатывания).

Определение автономеров

Данная функция видеокамер лежит в основе контроля динамики автомобильного транспорта. Видеокамеры с такой функцией могут управлять шлагбаумами и автоворотами.

Тепловые карты

Объекты, попадающие в зону видеосъемки, затем на изображении дифференцируются по признаку интенсивности движения с помощью (как правило) красного и синего цветов: красные – самые подвижные объекты, синие – мало- либо неподвижные.

Обнаружение лиц

В основном перед всеми манипуляциями, связанными с детекцией движений, стоит одна главная цель – обнаружение человека. Эта функция зачастую является главным запросом.

Нужно учитывать, что детектор лиц легко обмануть, если скрыть свое лицо. И не путайте между собой функции «детекция» и «распознавание» лиц. Распознавание позволяет, например, выявить уникальных посетителей, а детекция одного и того же человека посчитает столько раз, сколько он попал в кадр.

При выборе камеры для обнаружения лиц необходимо учесть, что успешное обнаружение требует как минимум 150 пикселей на одно человеческое лицо. Плюс необходимо поддерживать определенный уровень освещения.

Трансляция и запись фрагментов изображения

Запись одного фрагмента изображения в высоком разрешении может быть полезна для снижения нагрузки на сеть, а также чтобы уменьшить записываемые на жесткий диск видеоданные.

Постоянное увеличение разрешающей способности камер автоматически снижает количество необходимых для охвата территории камер, что обусловливает актуальность этой функции.

Определенные зоны кадра могут записываться и выводиться для просмотра в максимальном разрешении, остальные зоны – в более низком разрешении.

Подсчет людей

При всей своей простоте эта функция крайне эффективна и важна для множества отраслей.

Суть функции в том, что камера определяет количество объектов, которые при движении пересекают виртуальную линию, заданную при настройке камеры.

Обнаружение огня и дыма

Крайне важная функция видео-аналитики для обеспечения своевременного обнаружения возгорания на объектах, где имеются высокие потолки. 

Высокие потолки могут привести к серьезной задержке в срабатывании пожарных извещателей. А если высота потолков составляет более 12 метров, то их монтаж и вовсе запрещен.

Также существуют склады под открытым небом. Плюс нужно учитывать, что возгорание построек может взять начало на внешней стороне здания.

Более точное обнаружение дыма и огня возможно при использовании тепловизионных камер.

Автосопровождение

Автоматическое сопровождение движущихся объектов возможно только на поворотных PTZ-камерах.

Автосопровождение удобно использовать в охранных целях на объектах, предполагающих редкие появления людей. Когда движение в кадре отсутствует, камера патрулирует объект по заданному маршруту. При обнаружении движения камера ловит фокус на объекте и сопровождает его движение, пока он находится на территории.

Учтите, что реализация данной функции возможна при наличии достаточного уровня наружного освещения либо встроенной в камеру подсветки.

Интеллектуальный поиск в видеоархиве

Эта функция позволяет задавать критерии поиска в архиве, а значит, вам не придется долго и скрупулезно прокручивать записи. Интеллектуальный поиск в архиве – это возможность поиска буквально по приметам:

• Один или несколько людей;

• Размеры, цвет объекта;

• Превышение определенного времени пребывания на территории и другое.

Анти-туман

Это функционал для уличной видеосъемки, который путем эквализации гистограмм улучшает качество изображения при туманах, дождях и прочих факторах, портящих картинку.

Коридорный режим работы

Это не совсем относится к ВА, но такая функция будет актуальна при видеонаблюдении с предпочтительно вертикальной ориентацией кадра, то есть за любыми коридорами, фасадами зданий и охраняемыми территориями.

Зоны маскирования

Эта функция дает возможность задать в ПО расположение и размер областей кадра, которые будут «замаскированы», то есть закроются от просмотра и записи. Это позволит владельцу камеры избежать в свою сторону обвинений во вмешательстве в частную жизнь других лиц.

Платная ВА

Межкамерный трекинг

Практика показывает, что данная функция является одной из самых востребованных. Она позволяет при анализе видеоархива проследить передвижение объекта в видимой области множества камер, а также построить траекторию этих передвижений без переключения между множеством программных окон. Задача становится посильной даже для человека без особой компьютерной грамотности.

Идентификация объектов

Из задач, стоящих перед современной ВА, одна из самых сложных – это классификация и идентификация объектов. Чаще всего это требуется для детекции парковки в неположенном месте.

Рандомный выбор человека для проверки

У видео-аналитики отсутствует человеческий фактор, она способна беспристрастно среагировать на случайного человека в кадре и предложить его для проверки.

Установленная на потолке камера делает случайный выбор человека для проверки среди людей, пересекающих область детекции. Это может быть любая обозначенная зона, например, на входе в помещение.

Одна из мер для профилактики краж – регулярные проверки сотрудников.

Маскирование людей

Технология маскирования людей относится к мерам соблюдения закона о защите персональных данных, к которым как раз и относится изображение человека.

Маскирование людей происходит путем размытия их изображения, что делает невозможным их идентификацию. При этом администратор имеет возможность ввести пароль и отменить размытие для необходимой идентификации.

Обнаружение пустых полок

Существует программное обеспечение, способное сравнивать разные полки с образцовыми (т.е. заполненными) и анализировать на предмет наличия/отсутствия тех или иных товаров. При обнаружении пустых мест ПО в онлайн-режиме проинформирует вас об этом.

Обнаружение скопления людей

Функция дает возможность своевременного обнаружения массовых скоплений людей, что позволяет предупредить нежелательные события, которые часто происходят как следствие этих «массовок».

На устройство оператора приходит оповещение, если детектор обнаружил превышение определенного количества людей в зоне.

Обнаружение строительных касок

Функция позволяет своевременно среагировать на обнаружение в кадре человека без каски при получении тревожного оповещения. Эта функция простимулирует трудовую дисциплину и уменьшит число несчастных случаев.

Распознавание лиц

Все люди, попавшие в кадр, проходят идентификацию при совпадении изображения с образцами базы данных.

Детекция парных проходов

Эта функция поможет решить одну серьезную проблему – несанкционированный проход по одному пропуску более одного человека.

Видео-аналитика обнаруживает, как правило, проход более одного человека за заданный промежуток времени и оповещает о нем.

Видео-аналитика с глубоким обучением

Глубокое обучение – верх развития ИИ. Оно позволяет разным устройствам производить лучший анализ и оценку ситуации. В данной статье мы используем понятие глубокого обучения в контексте видео-аналитики.

В чем отличие систем ВА с глубоким обучением от традиционных систем ВА

Традиционная видео-аналитика имеет принцип обнаружения и классификации, называемый машинным обучением: он основан на предварительном программировании статических критериев, например, соотношение сторон у объектов. Однако такая ВА ограничена в видах данных, которые может классифицировать, а также подвержена ошибочным классификациям.

В системах же с глубоким обучением задействуются сразу несколько уровней абстракции, а ПО самостоятельно учится классифицировать объекты, находит критерии классификации и алгоритмы своего обучения.

Преимущества ВА с глубоким обучением:

• Постоянное самообучение при получении новых наборов данных;

• Адаптация к внешним изменениям, не предусмотренным изначально (например, обнаружение неожиданных событий), без необходимости перенастраивать ПО.

При обучении глубокой нейронной сети важны разнообразие и качество изображений, что будет определять ее дальнейшую производительность, а ключевую роль играет объем данных – чем больше данных при обучении использовано, тем лучше.

При выборе системы с глубоким обучением важно тестировать продукт, так как разработчики не разглашают выборки и наборы данных, на которых проводилось обучение.

Правильный выбор видео-аналитики

1. Если у вас уже имеется система видеонаблюдения, вам необходимо определить, какие ограничения она, а также установленное на нее ПО будут вносить в выбор ВА. Цена внедрения и работоспособность ВА будет определяться имеющейся системой видеонаблюдения.

Сначала проверьте, какие возможности ВА уже имеются на ваших IP-камерах. Помните, что на аналоговых камерах не может быть встроенных алгоритмов ВА, но установить их можно.

Учтите необходимость видео-кодеров для установки ВА на аналоговые камеры.

Еще необходимо учитывать, насколько будет совместимо ваше устройство для хранения видеоархива с ПО, которое вы желаете установить. Здесь могут накладываться свои ограничения.

Если ваш видеоархив хранится на сервере, то нужно проанализировать, совместимы ли его системные возможности с выбранной программой ВА.

2. Влияние расположения камер на работу ВА.

Будет целесообразно перед покупкой системы ВА подробно ознакомиться с рекомендациями по позиционированию и физическому расположению камер.

Если данные инструкции будут вами проигнорированы, вы огорчитесь потом количеством ложных срабатываний и качественными характеристиками системы ВА. Если же вы учтете все инструкции, вы можете столкнуться с тем, что вам, скорее всего, придется менять позиционирование камер или менять сами камеры.

Таким образом, стоимость проекта по внедрению ВА в ваши камеры, кроме всего прочего, будет определяться их расположением и позиционированием.

3. Критичность ложных срабатываний.

Вы должны понимать, что любая система ВА будет давать ложные оповещения. Вопрос не в наличии ложных срабатываний, а в том, какое их количество будет критичным для вас.

Определить это количество крайне сложно, оно может меняться в зависимости от конкретных условий применения камеры. Заявленное производителем число может значительно отличаться реального.

Таким образом, здесь мы имеем две проблемы: с одной стороны, вам самим сложно сразу сказать, какое количество ложных срабатываний будет для вас критичным, а с другой стороны, заявленное производителем количество может сильно отличаться от реального числа. Решить эти две проблемы можно лишь одним путем – проведение тестового внедрения.

4. Критичность пропуска детектируемого события.

Любая система ВА будет иметь вероятность пропуска обнаруживаемого события. Эта вероятность будет разной в зависимости от качественных характеристик оборудования и формирования окружающих условий, которые будут способствовать идеальным срабатываниям.

Вы должны определить, насколько конкретно для вашего объекта будет критичен пропуск детектируемого события.

5. На какое число камер планируется установка ВА.

Учитывайте, во-первых, что чем выше число камер, тем критичнее будет число ложных оповещений. 

А во-вторых, потребуется интегрировать системы ВА с другими системами безопасности. Чем больше система, тем более это важно.

6. Мониторинг результатов работы ВА.

Нельзя забывать про подключение людей к процессу видеоанализа.

Обеспечение нужной скорости реагирования и своевременное принятие нужных мер – это вопросы, зависящие от человека, который занимается обработкой детектируемых событий.

7. Определение качественных характеристик системы ВА.

Сразу скажем, что наилучший вариант – проведение собственного тестового внедрения. Да, это время и деньги, но только данный способ покажет вам, насколько вам подойдет конкретная система ВА. Плюс вы увидите нюансы, которые было бы сложно предугадать в теории.

Вариант похуже, но тоже имеет место быть – попросить у разработчика контакты клиентов, у кого уже установлена данная система ВА. Однако разработчики не станут давать вам негативную статистику, учитывайте это.

8. Цена внедрения ВА.

Если цена самой ВА колеблется от бесплатной до бесконечно высокой, то остальная стоимость будет складываться из цен IP-камер, серверов, модификации имеющейся системы, интеграции систем и др.

Выводы

Эволюция видео-аналитики происходит ежедневно по мере роста данных для обучения. Плюс ко всему, происходит совершенствование графических процессоров, базового ПО и наборов данных для обучения.

Видео-аналитика в перспективе перекроит всю сферу видеонаблюдения, и сегодняшние продукты будут выглядеть совсем скудно по сравнению с тем, к чему мы придем через лет пять-десять.