СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ ПАРАМЕТРОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ

1. Область техники

Изобретение направлено на обеспечение автоматической настройки параметров изображения (яркость, контрастность и цветность) в цифровых системах видеонаблюдения.

2. Уровень техники

Задача настройки параметров изображения в цифровых системах видеонаблюдения в настоящее время решается одним из двух способов:

- ручная настройка параметров изображения;

- использование объектива с автодиафрагмой, управляемого видеосигналом.

Ручная настройка параметров изображения предполагает присутствие оператора системы видеонаблюдения, который осуществляет необходимую коррекцию, когда качество изображения становится неудовлетворительным. Такой подход имеет следующие недостатки:

- оператор может задать такие параметры, при которых наблюдаемый объект трудноразличим или неразличим вообще, что недопустимо при использовании цифровой системы видеонаблюдения в качестве охранной системы;

- невозможность автономной работы цифровой системы видеонаблюдения без участия оператора.

Работа объектива с автодиафрагмой описана в источнике Владо Демьяновски CCTV Библия охранного телевидения / Пер. с англ. - М.: ООО «ИСС», 2002, - 352 с. Объективы с автодиафрагмой реализуют механизм ALC (Автоматическая компенсация освещенности). ALC представляет собой фотометрическую регулировку диафрагмы. Регулировка ALC позволяет выбрать точку срабатывания по видеосигналу для функционирования диафрагмы в зависимости от контрастности картинки. Если на изображении появляются очень яркие места, то это приведет к сужению отверстия диафрагмы для получения видеосигнала с «полным динамическим» диапазоном. Визуально изображение будет высоко контрастным. Эта регулировка эквивалентна компенсации встречной засветки видеокамер. Компенсация встречной засветки используется для борьбы с фоновым (контровым) светом, т.е. для улучшения качества изображения при неблагоприятных условиях наблюдения объекта.

Использование объектива с автодиафрагмой предполагает использование специальной видеокамеры и объектива, что значительно повышает стоимость результирующей системы видеонаблюдения. Кроме того, управление регулировкой диафрагмы осуществляется на основе аналогового видеосигнала, получаемого от видеокамеры, а в цифровой системе видеонаблюдения конечному оператору предоставляется оцифрованное (с некоторыми параметрами) изображение. Следовательно, отрицательная обратная связь в аналоговом фрагменте системы сужает спектр управляемых характеристик изображения, влияющих на его качество.

3. Раскрытие изобретения

Технический результат изобретения заключается в автоматическом поддержании качества изображения на заданном уровне при колебании параметров наблюдаемых объектов (степень освещенности, зашумленности и др.) в зоне обзора видеокамеры.

При работе системы видеонаблюдения параметры изображения (яркость, контрастность и цветность), выдаваемого оператору, настраиваются таким образом, чтобы обеспечить максимальную информативность (качество, детализация и т.п.). Под действием изменяющихся параметров окружающей среды, таких как изменение освещенности, при естественной смене времени суток, или зашумление, связанное с осадками и другими внешними причинами, качество изображения с зафиксированными параметрами может ухудшаться.

Задача автоматической коррекции параметров изображения в цифровых системах видеонаблюдения может быть сформулирована следующим образом. Пусть имеется множество параметров изображения Х=(х₀, ...х_N), определяющих качество выходного изображения О. Таким образом, существует неявная зависимость вида:

На практике данная зависимость имеет более сложный вид, т.к. качество выходного изображения также зависит от множества параметров окружающей среды W, и зависимость (1) принимает вид:

С другой стороны качество оцифрованного изображения может быть оценено, исходя из представления этого изображения как множества оцифрованных пикселей Р=(р₀, ..., р_S), где S - количество пикселей изображения. Тогда имеет место выражение:

Сопоставляя выражения (2) и (3), получаем:

Предположим, что задано некоторое эталонное значение оценки качества изображения О_эталон. Данное значение может быть задано непосредственно оператором или неявно выявлено в процессе наблюдения за действиями оператора системы видеонаблюдения.

Пусть имеется некоторое текущее значение параметров Х, для которых вычислено текущее качество изображения О=f{X,W)=f^*(P). Требуется определить величины коррекции параметров ΔХ=(Δх₀, ..., Δх_N), чтобы обеспечить минимум целевой функции F{X, W):

На практике ввиду неполноты информации о параметрах окружающей среды целесообразно воспользоваться целевой функцией F^*(P), которая по семантике идентична F(X, W):

Пусть происходит изменение состояния окружающей среды на некоторое значение ΔW. Задача состоит в определении такого изменения параметров ΔX, чтобы максимально скомпенсировать изменение окружающей среды. Важно понимать, что могут иметь место такие изменения, что в конечном счете будет невозможно получить F^*(P)=0, т.е. восстановить точное эталонное изображение, поэтому требуется определить такое значение параметров Р+ΔР, при котором целевая функция принимает минимальное значение minF^*(P).

Процесс расчета требуемой величины коррекции ΔX сводится к итерационному процессу подбора, при котором , где ΔХ_i определяет величину коррекции на i-м шаге. Завершение коррекции может быть организовано, например, по истечении заданного количества итераций («проб») или по достижении минимума целевой функции.

Поставленная задача представляется как задача управления в системе с обратной связью. Разработка способа автоматической коррекции параметров изображения позволяет исключить человеческий фактор при работе цифровой системы видеонаблюдения, а также повысить эффективность ее применения в автономном режиме.

Для получения указанного технического эффекта необходимо выполнение следующей последовательности действий:

1. фиксирование начальных параметров оцифровки изображения Х=Х₀;

2. получение от видеокамеры аналогового видеосигнала А;

3. оцифровка платой видеозахвата аналогового изображения с заданными параметрами оцифровки: , где Р - множество оцифрованных пикселей изображения;

4. формирование вектора коррекции параметров оцифровки ΔX=ϕ(Р) и вычисление новых значений параметров Х+ΔX;

5. загрузка новых параметров оцифровки по цепи обратной связи в плату видеозахвата и переход к п.2.

4. Осуществление изобретения

Для осуществления предлагаемого способа автоматической настройки параметров изображения в цифровой системе видеонаблюдения необходимы следующее устройства:

- аналоговая видеокамера;

- плата видеозахвата;

- персональный компьютер (оборудованный платой видеозахвата).

Схема соединения указанных компонентов и направление передачи сигналов приведены на чертеже 1.

Аналоговая камера предназначена для получения аналогового видеосигнала.

Плата видеозахвата осуществляет оцифровку с заданными параметрами (яркость, контрастность и цветность) выдаваемого видеокамерой аналогового видеосигнала.

Персональный компьютер реализует некоторый алгоритм, обеспечивающий расчет по оцифрованному изображению необходимой величины коррекции параметров оцифровки. Персональный компьютер по цепи обратной связи передает скорректированные параметры оцифровки в плату видеозахвата.