Тема: Разработка метода обнаружения оставленных предметов в системах безопасности

Термин «компьютерное зрение» имеет множество связанных областей: машинное зрение, распознавание зрительных образов, анализ изображений и т.д.[1] Однако смысл, скрывающийся за всеми этими определениями, один -- это попытка научить компьютер видеть мир глазами человека, воспринимать его как человек и выполнять в связи с этим различные действия так же, как делал бы это человек, тем самым подменяя или полностью исключая последнего. Необходимость в этом возникает в ситуациях, связанных с риском для жизни, и бывает обусловлена особенностями человека как живого организма, которому свойственно быстро утомляться, пропускать через себя ограниченный объем информации, а также обрабатывать данные с относительно низкой скоростью. Процесс компьютерного зрения представляет собой сложную технологическую цепочку, включающую получение цифрового изображения, обработку изображения с целью выделения значимой информации на изображении и анализ этого предобработанного изображения для решения определенной задачи. Конечно, идеальным представляется создание универсальной самообучающейся системы, которая бы «росла» и «зрела» так же, как это с рождения происходит с любым человеком. Руководствуясь столь высокими целями, разработчики в области компьютерного зрения сегодня решают непростые задачи. Можно сказать, что область компьютерного зрения имеет недолгую по меркам фундаментальных наук, но очень бурную историю зарождения и развития.
Машинное (компьютерное) зрение —множество алгоритмов, технологий и методов, которые разработаны с целью классификации и детектирования объектов и отслеживания перемещения этих объектов в пространстве.
Компьютерное зрение относится к теории и технологии разработки программных систем с точки зрения научной дисциплины, получающие информацию из различного вида изображений. Видеоданные- последовательно идущие друг за другом кадры (изображения), которые могут использоваться для обработки алгоритмами машинного зрения с определенными целями.
Машинное зрение стремится применять созданные человеком методы, технологии и алгоритмы с целью по создания высокотехнологичных и высокоэффективных систем. Можно выделить следующие системы:
■ Моделирования объектов или окружающей среды (топография и медицинские визуальные данные)
■ Управления процессами (автопилотируемый транспорт, промышленные установки);[3]
■ Организации информации (создания и сохранения баз данных с фото- и видеоизображениями);
■ Цифровой обработки фото- и видеоизображений Видеонаблюдения;
■ Взаимодействия (управление машинами, опираясь на
движения человека);
■ Дополнительной реальности;
В данной научно-исследовательской работе рассматривается решение задачи по обеспечению безопасности в местах массового скопления людей, применяя знания по программированию и разработке электронных устройств на базе технологий компьютерного зрения.
К сожалению, развитие систем безопасности не обеспечивает отсутствие террористических актов в том числе и на территории Российской Федерации. В 2017 году произошли две официально зарегистрированных трагедии:
3 апреля — теракт в Петербургском метрополитене 27 декабря — взрыв в магазине «Перекрёсток» в Санкт-Петербурге, в результате которых погибли десятки людей, а сотни людей пострадали. [2]
Применение компьютерного зрения в данной области теоретически может снизить вероятность совершения преступлений с использованием взрывчатых веществ в местах массового скопления людей.
Реализация алгоритма поиска оставленных предметов и отслеживания людей, оставивших их,- задача, с которой может справиться лишь камера с соответствующей программной технологией.[4]
В рамках данной научно-исследовательской работы предполагается разработка аппаратного и программного обеспечения для детектирования оставленных предметов. Данная работа может использоваться в качестве примера решения следующих задач компьютерного зрения:
1. Детектирование объектов;
2. Распознавание объектов (оставленный предмет, человек и др.);
3. Исследование влияния различных отрицательных факторов на качество распознавания.
Объектом исследования является схема детектора оставленных предметов, выполненная в программном пакете MathLab Simulink.
Целью научно-исследовательской работы на тему «Разработка метода обнаружения оставленных предметов в системах безопасности» является создание алгоритма обнаружения оставленных предметов.
Задачами исследования являются:
- Изучение известных алгоритмов обнаружения оставленных предметов (ОП)
- Выявление основных проблем обнаружения ОП
Программная реализация алгоритма обнаружения оставленных предметов разработана в программном пакете «MathKab Simulink» с применением технологий компьютерного зрения блока ComputerVision ToolBox.. В результате реализован алгоритм распознавания оставленных предметов.
Результаты работы опубликованы в виде научных статей в сборнике «IV Международной научно-практической конференции (школа-семинар) молодых ученых» Тольятти: ТГУ, 2018
а также в сборнике Международной научно-практической конференция "Фундаментальные исследования основных направлений технических и физико-математических наук" от 1 июня 18 года в г. Челябинск.
Магистерская диссертация состоит из 8 глав, в которых решены упомянутые задачи. Общий объем работы составляет 74 страниц, включая 36 рисунков и 1 таблицу. Список используемой литературы включает 31 наименование, включая 12 источников на английском языке.

Купить

В результате выполнения магистерской диссертационной работы выполнены основные задачи, поставленные индивидуальным планом научно-исследовательской работы. Последовательное выполнение поставленных задач привело к достижению основной цели диссертационной работы: реализации программно-аппаратного комплекса устройства для детектирования оставленных предметов.
Основываясь на существующем опыте обнаружения оставленных предметов, а также учитывая возможные ошибки в детектировании, которые могут возникать у современных комплексов, предложена модель устройства, которое при должной отладке станет бюджетной альтернативной существующим системам.
Существующие на данный момент методы и алгоритмы детектирования и отслеживания перемещения объектов еще далеки от совершенства. Совмещение метода поиска объектов переднего плана и треккинга одно из лучших решений для обнаружения объектов в видеопотоке. Таким образом, выбор данной совокупности алгоритмов для реализации в научно-исследовательской считаю оправданным.
Выбранная программный пакет MathLab Simulink позволяет реализовать поставленные задачи в программной части разрабатываемого устройства.
С помощью построения структурной схемы создаваемого комплекса удалось произвести подбор необходимых электронных составляющих, которые отличаются небольшой стоимостью и компактностью, что позволило разработать схемотехническую часть системы.
В результате проведения исследования и изучения доступной информации был обоснован выбор программного обеспечения для выполнения работы, а также выбор микрокомпьютера Raspberry Pi в качестве устройства управления.
Работа разработанного устройства сильно зависит от условий освещенности и интенсивности движения в зоне детектирования, что требует большой производительности. Путем настройки параметров схемы можно учитывать данные параметры непосредственно на ПК, на который установлено необходимое ПО.
Полученные результаты работы программ и исследований говорят о том, что подобные комплексы, детектирующие оставленные предметы можно создавать с наименее дорогими компонентами, что не только не скажется на качестве систем безопасности, но и удешевит установку в местах массового скопления людей, а значит и увеличит их доступность и использование на большем количестве опасных с точки зрения терроризма мест.
Купить