Video Analytics στην πράξη: Σχεδιασμός και εγκατάσταση Αλγόριθμων Ανάλυσης Video στην πράξη, με συσκευές RIVA

Αν και η τεχνολογία των video analytics έχει γίνει αντικείμενο πολλών και μακροσκελών άρθρων και τα οφέλη της έχουν εξηγηθεί εκτενώς – συχνά μάλιστα περιβεβλημένα με υπερβάλλουσα διαφημιστική αχλή – εντούτοις πολλοί τεχνικοί και integrators συναντούν δυσκολία στο να παραδώσουν ολοκληρωμένες και πλήρως λειτουργικές εγκαταστάσεις, εντός του προϋπολογισθέντος κόστους.

Τα συνηθέστερα προβλήματα που αντιμετωπίζουν τεχνικοί και integrators στην ανάπτυξη έργων επιτήρησης με video analytics, είναι τα εξής:
1. Αλγόριθμοι Video Content Analysis μεσαίου ή χαμηλού επιπέδου, χωρίς πιστοποίηση.
2. Κακή γωνία εγκατάστασης των καμερών ή κακή ρύθμιση του φακού, με αποτέλεσμα τα αντικείμενα (άνθρωποι, αυτοκίνητα) να καταλαμβάνουν υπερβολικά μεγάλο ή μικρό μέρος της εικόνας. Επίσης, χαμηλός αριθμός frames per second (κάτω των 7) ή υπερβολικά χαμηλή φωτεινότητα εικόνας, θα μειώσουν την πιστότητα.
3. Ελλιπής σημασία στη σωστή ρύθμιση των παραμέτρων των αλγόριθμων, η οποία προϋποθέτει και αρκετές on-site δοκιμές.
4. Ελλιπής επεξεργαστική ισχύς των υπολογιστών που χρησιμοποιούνται για την ανάλυση video πολλών καμερών, όταν η επεξεργασία δεν γίνεται από ενσωματωμένα DSP στις κάμερες ή στους encoders.
5. Κακή διαλειτουργικότητα μεταξύ του λογισμικού διαχείρισης video (VMS) και των συσκευών που κάνουν την ανάλυση (ενσωματωμένα DSP σε κάμερες/encoders).
Παρακάτω θα δοθούν οι βασικοί άξονες πάνω στους οποίους μπορεί ο εγκαταστάτης να χτίσει μία αξιόπιστη, λειτουργική εγκατάσταση με video analytics, χωρίς να ξεφύγει στο κόστος, ούτε σε ό,τι αφορά στον εξοπλισμό που θα χρησιμοποιήσει, αλλά ούτε και στις απαιτούμενες ώρες για τη ρύθμισή του.

Αξιόπιστοι αλγόριθμοι με πιστοποίηση iLIDSR
Το πιστοποιητικό iLIDS δημιουργήθηκε από το Βρετανικό Home Office Scientific Development Branch και το Εθνικό Κέντρο Προστασίας Υποδομών (CPNI), προκειμένου να καλύψει το σχετικό κενό που υπήρχε στην αναπτυσσόμενη αγορά των ευφυών αλγόριθμων, όπου ο κάθε κατασκευαστής δηλώνει ό,τι θέλει. Πρόκειται για μια εξαιρετικά αυστηρή πιστοποίηση ευφυών συστημάτων ανίχνευσης, στην οποία και έχουν αποτύχει πολλοί μεγάλοι, πασίγνωστοι κατασκευαστές από τη Γερμανία και την Ιαπωνία και ως εκ τούτου η απόκτησή της θεωρείται τεράστια επιτυχία για οποιοδήποτε προϊόν. Αυτό το πιστοποιητικό αποτελεί σήμερα τη μόνη εγγύηση που έχουμε για υψηλό επίπεδο αξιοπιστίας αλγόριθμων video analytics.

Τεχνογνωσία – Εκπαίδευση – Σωστή και εύκολη ρύθμιση
Φυσικά, τίποτα δεν υποκαθιστά την εμπειρία που αποκομίζει κανείς από τις εγκαταστάσεις που έχει ολοκληρώσει. Όμως η επιλογή εξοπλισμού από κατασκευαστή που επενδύει στην εκπαίδευση των εγκαταστατών, θα αποδειχθεί αναμφίβολα επωφελής. Σε ό,τι αφορά στην Ελλάδα και στην Κύπρο, η εταιρεία RIVA, σε συνεργασία με τον επίσημο αντιπρόσωπό της Novo Technologies, διοργάνωσε εκπαιδευτικό σεμινάριο στα πλαίσια της έκθεσης Indelex Electronica 2013 και έχει συμφωνηθεί να ακολουθήσει τεχνικό σεμινάριο στην Αθήνα. Επιπλέον έχει δημιουργήσει και αναρτήσει τεχνικά videos εκπαίδευσης, δωρεάν, στη διεύθυνση: http://www.vcatechnology.com/public/index/cms/PageID/10. Προκειμένου να ελαχιστοποιήσει κατά το δυνατόν τον απαιτούμενο χρόνο δοκιμών, ενσωμάτωσε στις συσκευές της τη δυνατότητα τρισδιάστατης απεικόνισης αντικειμένων (3D video analytics), ώστε να εισάγονται εύκολα στο σύστημα οι πραγματικές διαστάσεις των αντικειμένων στο πλάνο. Επίσης η δυνατότητα που παρέχουν μερικά συστήματα, όπως της RIVA, να «μαθαίνουν» αυτόματα τη σκηνή (Self-learning algorithm), τους επιτρέπει να εκμηδενίζουν σχεδόν τους ψευδείς συναγερμούς (false alarms). Έτσι χάρη στην υψηλή ποιότητα των αλγορίθμων, σε συνδυασμό με την άρτια τεχνική κατάρτιση και την ορθή ρύθμιση, τα ποσοστά ευστοχίας των αλγορίθμων μπορούν εύκολα να ξεπεράσουν -όπως έχει καταγραφεί σε υφιστάμενες εγκαταστάσεις με RIVA – το 99,9% ακόμα και για δύσκολες εφαρμογές, όπως η καταμέτρηση ατόμων και οχημάτων.

Επεξεργασία στη συσκευή (Edge) ή στον NVR (Server-based)
Η real-time επεξεργασία της εικόνας video δεν είναι ελαφριά. Απαιτεί μεγάλη επεξεργαστική ισχύ, την οποία στην πράξη είναι εξαιρετικά δύσκολο να προϋπολογίσουμε, πρώτα και κύρια διότι δεν είναι σταθερή. Εξαρτάται από τους αλγόριθμους που εφαρμόζουμε στο πλάνο, αλλά και από συνεχώς μεταβαλλόμενα στοιχεία, όπως π.χ. τον αριθμό των κινούμενων αντικειμένων που διέρχονται (άνθρωποι, αυτοκίνητα κ.λπ.). Προσθέστε επίσης ότι τα σύγχρονα καταγραφικά συμπεριλαμβάνουν πλέον και IP κάμερες αρκετών Megapixel (2 έως 5 συνήθως), που επιφορτίζουν το σύστημα ακόμα περισσότερο. Έτσι η χρήση server-based video analytics, όπου δηλαδή η επεξεργασία τους γίνεται κεντρικά, συχνά μας αναγκάζει να μοιράσουμε τις κάμερες σε περισσότερους και ισχυρότερους υπολογιστές (NVRs) και αυτό φυσικά αυξάνει το κόστος. Απάντηση σε αυτό το πρόβλημα δίνουν οι συσκευές (IP κάμερες ή Encoders) που ενσωματώνουν τον επεξεργαστή (DSP) και πραγματοποιούν την επεξεργασία εντός. Έτσι μεταδίδουν μόνο το συμπιεσμένο video του συναγερμού (event) και τα metadata στο server, εξοικονομώντας με τον τρόπο αυτό bandwidth στο δίκτυο και απαλλάσσοντάς τον από την όποια επεξεργασία.

Προσθήκη video analytics και σε υφιστάμενες εγκαταστάσεις
Σε νέες εγκαταστάσεις θα πρέπει φυσικά να ληφθεί πρόνοια ώστε οι IP κάμερες/encoders να είναι συμβατές με το λογισμικό διαχείρισης VMS (Video Management Software) που θα χρησιμοποιηθεί. Οι συσκευές της RIVA (που υποστηρίζουν ONVIF) είναι συμβατές με πολλά δημοφιλή VMS, ανάμεσα στα οποία και η Axxon Software και τα oraSYS.
Τι μπορούμε να κάνουμε όμως στην περίπτωση όπου οι κάμερες της εγκατάστασης δεν καταλήγουν σε κάποιο PC-based καταγραφικό και κάποιο αξιόλογο VMS; Διότι ένα PC-based DVR/NVR είναι δυνατό να δεχτεί αναβάθμιση στο hardware (ισχυρότερος επεξεργαστής, μητρική, μνήμη κ.λπ.), αλλά και να του εγκαταστήσουμε ένα πιο σύγχρονο λογισμικό VMS. Όμως, ένα πολύ μεγάλο μέρος της αγοράς έχει επιλέξει τη λύση των αυτόνομων (standalone) καταγραφικών, τα οποία είναι μια οικονομική λύση βασισμένη σε Linux και στα οποία φυσικά δεν είναι δυνατό να αλλάξεις λογισμικό. Παρά ταύτα, μπορούμε – και σε αυτήν την περίπτωση – να προσθέσουμε συναγερμούς που προκαλούνται από έξυπνους αλγόριθμους, διακλαδώνοντας το video και χρησιμοποιώντας τους encoders της RIVA σαν αυτόνομες συσκευές, οι οποίες στην περίπτωση event θα ενεργοποιήσουν (trigger) τις εισόδους Alarm-In των standalone καταγραφικών.

Εφαρμογές
Οι εφαρμογές των video analytics είναι πολυάριθμες. Μακράν η πιο δημοφιλής είναι η περιμετρική φύλαξη διαφόρων κτηρίων. Δηλαδή καθορισμός μιας ζώνης παράπλευρα ενός φράχτη, στην οποία η παρουσία κάποιου ατόμου να μας δίνει συναγερμό και ό,τι αυτός συνεπάγεται (ειδοποίηση του Κέντρου Παρακολούθησης και full screen της συγκεκριμένης κάμερας στο monitor συναγερμών, σειρήνα, ηχητικό μήνυμα από μεγάφωνο κ.λπ.).

Περιμετρική Φύλαξη
Ο κύριος λόγος που επιλέγονται οι αλγόριθμοι video analytics για περιμετρική φύλαξη είναι το πολύ μειωμένο κόστος συγκριτικά με αυτό των μέχρι τώρα λύσεων (beams, ραντάρ, φράχτες με αισθητήρες δόνησης κ.ά.), σε συνδυασμό με το χαμηλότερο ποσοστό false alarm και φυσικά το ότι ο συναγερμός μπορεί να επιβεβαιωθεί, αφού υπάρχει και εικόνα. Επίσης, από τη στιγμή που υπάρχει το video είναι δυνατό να εφαρμοστούν και συμπληρωματικοί αλγόριθμοι, όπως το να γίνεται παράλληλα ανίχνευση φωτιάς/καπνού κ.λπ., αλλά και αυτοματισμοί, όπως το να δοθεί αυτόματα εντολή να εστιάσει μια κινητή κάμερα στο αντικείμενο (και έτσι να έχουμε κοντινά χαρακτηριστικά προσώπου ή άλλες λεπτομέρειες). Επιπλέον, με τα video analytics μπορείς εύκολα να αποκλείσεις από την ανίχνευση μικρά ζώα. Εργοστάσια, βιοτεχνίες, φυλακές, φωτοβολταϊκά πάρκα, αεροδρόμια, λιμάνια, πανεπιστήμια, είναι μερικές μόνο από τις εγκαταστάσεις που απαιτούν υψηλής πιστότητας περιμετρική προστασία – είτε με αναλογικές κάμερες είτε με megapixel είτε – ακόμα καλύτερα, με θερμικές (thermal cameras). Μία πολύ ενδιαφέρουσα υποκατηγορία είναι και η φύλαξη διαβάσεων σιδηροδρομικών γραμμών.

Ανίχνευση πυρκαγιάς/καπνού αλλά και υπερχείλισης ρεμάτων
Η αξία ενός τέτοιου αλγόριθμου στην Ελλάδα, που όλοι γνωρίζουμε πόσο έχει υποφέρει από πυρκαγιές, μάλλον δεν χρειάζεται να επεξηγηθεί περαιτέρω. Όμως και σε ανοιχτούς χώρους εργοταξίων, προαύλιους χώρους, parking κ.λπ. η έγκαιρη ειδοποίηση κινδύνου θα ήταν εξαιρετικά χρήσιμη, αν όχι αναγκαία. Πρόσφατα όμως αντιμετωπίσαμε και προβλήματα πλημμυρών και υπερχείλισης ρεμάτων και ποταμών, όπου και πάλι η έγκαιρη προειδοποίηση θα είχε ανεκτίμητη αξία. Ιδιαίτερα δε αν αναλογισθεί κανείς το πολύ χαμηλό κόστος ενός τέτοιου συστήματος.

Καταμέτρηση αυτοκινήτων σε parking και στατιστικά σε λεωφόρους
Με μία κάμερα, το να μετράς πόσα αυτοκίνητα ή μηχανές ή φορτηγά (και η κατηγοριοποίηση είναι εφικτή) πέρασαν μέσα/έξω και άρα πόσες άδειες θέσεις υπάρχουν διαθέσιμες στο πάρκινγκ, είναι κάτι που η αγορά ζητάει όλο και πιο συχνά. Και φυσικά, όλη αυτή η πληροφορία με μικρή επεξεργασία μπορεί να μας δώσει υπερπολύτιμα στατιστικά στοιχεία σχετικά με το ποιες είναι οι μέρες και ώρες της μεγαλύτερης συμφόρησης. Εδώ προσθέστε και την επιπλέον δυνατότητα της αυτόματης αναγνώρισης πινακίδας (ANPR) και τη χρήση της ως σύστημα ελέγχου πρόσβασης (Access Control), όπως και τον αλγόριθμο ανίχνευσης tailgating που αποκλείει την είσοδο σε δύο «κολλητά» οχήματα και έχετε ένα καταπληκτικό εργαλείο για κλειστά ή υπαίθρια πάρκινγκ.
Κάτι ανάλογο μπορεί να γίνει και σε μεγάλες λεωφόρους, όπου εκτός από καταμέτρηση δίνεται και η δυνατότητα μέτρησης της ταχύτητας των οχημάτων και πάλι έκδοσης στατιστικών στοιχείων. Η μέτρηση της ταχύτητας μπορεί να χρησιμεύσει και σε υπαίθριους χώρους εργοταξίων, λιμένων κ.λπ., όπου είναι επιθυμητή η τήρηση κανονισμού ανώτατης ταχύτητας οχημάτων.

Καταμέτρηση ανθρώπων σε καταστήματα, heatmaps, datamining και marketing
Καταμέτρηση ατόμων, γραφήματα και απεικονίσεις των «θερμών» σημείων ενός καταστήματος (εκεί δηλαδή που οι πελάτες στέκονται περισσότερη ώρα), στατιστικά και παράθεση των στοιχείων σε σχέση με τον πραγματικό τζίρο, είναι μερικές μόνο από τις δυνατότητες των συστημάτων αυτών. Αυτή η πληροφορία συνεπικουρεί στην ορθή λήψη αποφάσεων σχετικά με τη διαχείριση των καταστημάτων, όπως τον αριθμό των υπαλλήλων, των ενεργών ταμείων, των ανθρώπων στην ασφάλεια του καταστήματος και ούτω καθεξής, αλλά και την επιλογή των κατάλληλων ωρών/ημερών για αποδοτικές καμπάνιες marketing.
Εκτός από εφαρμογές αμιγώς retail, η καταμέτρηση ατόμων χρησιμοποιείται και για εφαρμογές safety, όπως έγινε πρόσφατα στη Βαρσοβία, στο Euro 2012 Fun Zone, όπου χρησιμοποιήθηκαν IP dome κάμερες της RIVA για την καταμέτρηση των ατόμων που εισέρχονταν/εξέρχονταν από 7 διαφορετικά σημεία, πλάτους 10 μέτρων. Στο μεγάλο αυτό υπαίθριο χώρο των 120.000 τετραγωνικών, υπήρχε η απαίτηση το σύνολο των οπαδών να μην ξεπεράσει τους 95.000, για λόγους ασφαλείας. Το σύστημα video content analysis της RIVA έφερε εις πέρας την αποστολή.

Ανίχνευση χρωμάτων, εγκαταλελειμμένα αντικείμενα και άλλοι συνδυασμοί αλγορίθμων
Οι εξελιγμένοι αλγόριθμοι της RIVA μπορούν να διακρίνουν και τα χρώματα των κινούμενων αντικειμένων και ως εκ τούτου να φιλτράρουν τους συναγερμούς. Για παράδειγμα, σε φυλακές δεν θα προκαλείται έγερση συναγερμού όταν τα άτομα φορούν στολή φύλακα. Στα μουσεία, συνήθως εφαρμόζονται αλγόριθμοι για καταμέτρηση ατόμων, εγκαταλελειμμένων αντικειμένων (π.χ. τσάντες) ή εξαφάνιση αντικειμένων (π.χ. κλοπή πίνακα). Σε τράπεζες εφαρμόζονται αλγόριθμοι υπολογισμού μήκους ουράς στα ταμεία (queue length management), ανίχνευσης άσκοπης περιφοράς κοντά σε ATM (loitering), εγκαταλελειμμένου αντικειμένου κ.ά.

Τεχνολογία του αύριο ή μήπως του σήμερα;
Εν κατακλείδι, οι εφαρμογές των συστημάτων video analytics είναι πολλές, τα οφέλη και η αξιοπιστία τους έχουν ήδη αποδειχθεί στην πράξη σε εκατοντάδες εγκαταστάσεις ανά τον κόσμο και τα ρεπορτάζ από εγκαταστάσεις που τα αναδεικνύουν, εμφανίζονται όλο και συχνότερα στα μεγάλα ειδησεογραφικά κανάλια Αμερικής και Ευρώπης.
Ο σύγχρονος δυτικός άνθρωπος γνωρίζει καλά από την καθημερινότητά του, ότι η τεχνολογία έχει να του προσφέρει πολλά. Σε μία δύσκολη οικονομικά συγκυρία, που έχει πλήξει πρώτα και κύρια τη χώρα μας, οι τεχνολογικές καινοτομίες είναι σε θέση να δώσουν ζωτικότατες λύσεις για την ασφάλεια, μειώνοντας ταυτόχρονα και τα λειτουργικά κόστη ιδιωτικών και δημόσιων Οργανισμών.
Και οι καινοτομίες αυτές είναι εδώ. Είναι ώριμες, δοκιμασμένες, διαθέσιμες και εφαρμόσιμες σήμερα. Τώρα!
Την τεχνολογία της RIVA (www.rivatech.de και www.vcatechnology.com) και τις διαθέσιμες συσκευές της, γνώρισαν οι επισκέπτες στην έκθεση Indelex Electronica 2013, στο Ολυμπιακό Κέντρο Ξιφασκίας, όπου είχαν και τη δυνατότητα να παρακολουθήσουν σχετικά σεμινάρια που οργανώνει η Novo Technologies (www.novo.gr), ως αποκλειστικός διανομέας της RIVA σε Ελλάδα και Κύπρο.

του Γιώργου Σκούρα
Pre Sales & Product Manager
Novo Technologies