Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0088

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0088
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт программных систем им. А.К. Айламазяна Российской академии наук
Название доклада
Разработка методов и средств обработки и интеллектуального анализа изображений и потоковых данных, получаемых со множества стационарных и подвижных сенсоров, с использованием высокопроизводительных распределенных вычислений для задач мониторинга помещений и прилегающих территорий
Докладчик
Кондратьев Алексей Анатольевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель работы: Исследование и разработка научно-технических решений, направленных на создание промышленного, конкурентоспособного на мировом рынке программного обеспечения для решения прикладных задач обработки изображений и потоковых данных, поступающих с сенсоров, работающих вне видимого диапазона, для задач автоматического формирования модельного описания новых целевых объектов и распознавания образов, позволяющего существенно расширить функционал систем безопасности и технического зрения в совокупности с расширением диапазона рабочих условий.
Задачи:
- разработка алгоритмов параллельной обработки изображений и потоковых данных из разных частотных спектральных диапазонов, применяющихся для обнаружения, сопровождения, классификации и распознавания событий и объектов интереса на изображениях, в том числе с использованием трехмерных данных;
- разработка алгоритмов структурирования потоковых данных;
- разработка методов обнаружения и прогнозирования возникновения опасных ситуаций в антропогенных зонах и индустриальных территориях;
- разработка алгоритмов объединения данных с сенсоров, работающих в различных диапазонах;
- разработка принципов и методов организации и работы систем наблюдения, основанных на применении комплекса цифровых сенсоров с известной взаимной ориентацией;
- разработка алгоритмов автоматического управления движением и планирования траектории малогабаритных летательных аппаратов в задачах мониторинга зданий территорий и районов (в том числе промышленных), а также в задачах поиска и слежения за объектами.
Актуальность и новизна исследования
Актуальность проблемы подтверждается отчетами «о деятельности Министерства здравоохранения и социального развития» и информацией о наличии различных аварий и нарушений безопасности на предприятиях. Во многом это связано со стремительным расширением ареала обитания человека и антропогенных ландшафтов. Причинами подобных происшествий могут быть различные факторы: от несоблюдения техники безопасности до различных вредоносных действий со стороны нарушителей. Одним из решений подобных проблем являются системы видеонаблюдения, установленные на предприятиях и прилегающей территории. Но использование людей для работы, требующей постоянного контроля и обработки большого количества информации является ненадежным решением.
Видимый диапазон электромагнитного спектра составляет довольно незначительную его часть – значительная доля информации «скрыта» в невидимых человеческому глазу частотах (инфракрасные, ультрафиолетовые частоты и т.д.). Ярким примером является тепловизоры, которые преобразуют инфракрасное излучение в электрический сигнал, который усиливается и воспроизводится на экране индикатора, таким образом, позволяя наблюдать за распределением температуры исследуемой поверхности. Вместе с тем, для повышения эффективности совместной работы сенсоров порой требуется использование так называемых алгоритмов объединения (комплексирования) информации, что применяется в том числе для фильтрации данных.
Автоматизация процесса контроля является важной задачей, требующей создания эффективного программного обеспечения, которое в автоматизированном или автоматическом режиме производило обработку данных с сенсоров, производить поиск и распознавание объектов.
Описание исследования

Проведенный обзор высокопроизводительных программных и аппаратных платформ для проведения параллельных вычислений выявил большое количество доступных для использования программных библиотек и программно-аппаратных архитектур, обладающих разными наборами достоинств и недостатков, каждый из которых характерен для какой-то определенной области применения данных библиотек и архитектур.

В ходе выполнения работы разработаны методы и принципы построения систем автоматизированного наблюдения. Разработанные принципы и методы могут быть рекомендованы для применения разработчикам систем безопасности и промышленного контроля, для разработки алгоритмов обработки изображений и потоковых данных, поступающих с сенсоров, работающих в видимом и вне видимого диапазона.

В ходе анализа типов данных, получаемых с сенсоров (в том числе работающих вне светового диапазона) установлено, что данные представимы в виде одномерных, двумерных и трехмерных массивов, и для их эффективной обработки применимы традиционные методики векторизации и организации массированных параллельных вычислений.

Разработана общая архитектура , выбрано обоснованы принципы функционирования алгоритмическое обеспечение, создаваемого программного комплекса. Архитектура комплекса – модульная, и включает в себя хранилище данных (ресурсы, данные для обработки и передачи), стратегии управления и менеджер каналов. Программная реализация будет основана на выполнении параллельно-конвейерной обработки.

Разработаны принципы и методы организации и работы систем наблюдения, основанных на применении комплекса цифровых сенсоров с известной взаимной ориентацией. В основе методики лежит концепция сенсорных вычислительных узлов (СВУ), объединяющих в себе микрокомпьютер, микроконтроллер, а также различные сенсоры. Посредством сети Wi-Fi или Ethernet отдельные СВУ объединяются в систему. Также приведены уравнения, позволяющие вычислить трехмерные координаты объекта, наблюдаемого с двух сенсоров с известной взаимной ориентацией.

Использование множества различных сенсоров для наблюдения за ситуацией облегчает задачу работы с объектами еще и в том смысле, что менее критичным становится ракурс, под которым объект попал в кадр. Большинство алгоритмов обнаружения, слежения и распознавания объектов на изображениях обладают слабой инвариантностью к перспективным преобразованиям, применение нескольких камер повысит устойчивость обнаружения и распознавания, поскольку снимки объекта будут доступны в нескольких ракурсах. Кроме того, если камеры откалиброваны, и известна их взаимная ориентация и местоположение, то это облегчает вычисление трехмерных координат объектов интереса.

Наличие большого количества стационарных сенсоров хоть и облегчает решение общей задачи, но не позволяет продолжить наблюдение за объектом в том случае, если он выходит из поля зрения всех камер (частично проблема решаема с помощью поворотных камер). Кроме того, в некоторых случаях необходимо обеспечить постоянное слежение за объектом, по возможности поддерживая одну и ту же дистанцию между ним и камерой (например, в задаче преследования). Наконец, применение одной мобильной камеры вместо нескольких стационарных позволяет уменьшить стоимость всей системы безопасности в целом. 

Одним из возможных путей обеспечения мобильности сенсоров видится использование подвижных технических средств. Современный уровень развития подобной техники позволяет оснастить аппарат различными датчиками, приборами, сенсорами, а также бортовым вычислительным устройством, которое позволяет проводить часть вычислений локально, на борту аппарата. Становится возможным строить карту местности обследуемой территории (в том числе трехмерную).

Всестороннее использование подвижных и мобильных сенсоров и видеокамер для обнаружения, сопровождения и локализации объектов интереса на фото- и видеоданных позволит вывести эффективность систем безопасности и промышленного контроля на новый уровень, превосходящий отечественные и зарубежные аналоги.

Результаты исследования
  1. разработаны методы векторизации и организации массированных параллельных вычислений современных центральных и графических процессоров для оптимизации вычислительных затрат обработки оптической и локационной информации, включая данные от сенсоров, работающих вне светового диапазона;
  2. разработаны принципы и методы организации и работы систем наблюдения, основанных на применении комплекса цифровых сенсоров с известной взаимной ориентацией;
  3. разработана методика использования подвижных сенсоров в задачах мониторинга зданий территорий и районов (в том числе промышленных), а также в задачах поиска и слежения за объектами;
  4. разработана общая архитектура, выбрано алгоритмическое обеспечение и обоснованы принципы функционирования создаваемого программного комплекса;
  5. разработаны алгоритмы обработки изображений и потоковых данных, включая данные сенсоров, работающих вне видимого диапазона, для задач автоматического формирования модельного описания новых объектов и распознавания образов;
  6. создан экспериментальный образец программного комплекса обработки изображений и потоковых данных, реализующих разработанные алгоритмы;
  7. разработаны средства проверки работоспособности алгоритмов, тестовых баз данных объектов, наборов видео данных;
  8. разработаны алгоритмы автоматического управления движением подвижных сенсоров и планирования траектории их передвижения в задачах мониторинга;
  9. разработаны алгоритмы поиска и слежения за объектами на изображениях, получаемых с помощью сенсоров;
  10. разработаны алгоритмы позиционирования обнаруженных объектов в условной системе координат, построения трехмерных карт территории с применением комплекса цифровых подвижных сенсоров с известной взаимной ориентацией;
  11. разработана программная документация экспериментального образца программного комплекса обработки изображений и потоковых данных;
  12. разработана программа и методики экспериментальных исследований;
  13. проведен анализ полученных результатов и сравнение их с мировыми аналогами.
Практическая значимость исследования
Назначение и область применения результатов проекта:
Результаты могут быть применены в области создания ПО для интеллектуаль-ных систем безопасности и промышленного контроля, для решения прикладных задач обработки изображений и потоковых данных с сенсоров.
Эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты проекта позволят существенно расширить функционал и диапазон рабочих условий систем безопасности и промышленного контроля, создавать конкурентоспособное на мировом рынке ПО.
Постер

Poster_template_IT.ppt