1 - STATO DELL ARTE DEI SISTEMI DI VIDEOSORVEGLIANZA...7

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1 INDICE 1 - STATO DELL ARTE DEI SISTEMI DI VIDEOSORVEGLIANZA INTRODUZIONE EVOLUZIONE DEI SISTEMI DI VIDEOSORVEGLIANZA Sistemi di videosorveglianza di prima generazione (first-generation surveillance systems) Sistemi di videosorveglianza di seconda generazione o centralizzati (second-generation surveillance systems, 2GSS) Sistemi di videosorveglianza di terza generazione o distribuiti (thirdgeneration surveillance systems, 3GSS) ARCHITETTURA DEI SISTEMI DI VIDEOSORVEGLIANZA Architettura logica : Architettura fisica ANALISI DEI SOTTOSISTEMI DI RAPPRESENTAZIONE E RILEVAMENTO Moduli di basso livello Acquisizione e codifica delle immagini (Image Acquisition) :Rilevazione dei cambiamenti (Change Detection) Algoritmi basati su differenze tra frame Algoritmi di Rilevazione dei cambiamenti basati su differenze tra immagine corrente e immagine di sfondo (background) Aggiornamento dello sfondo (Background Updating) Algoritmi di aggiornamento dello sfondo (Background updating algorithm) Moduli di livello intermedio Filtraggio non lineare per l eliminazione del rumore (Non-linear Filtering) :Focalizzazione dell attenzione (Focus of Attention) Modulo di Rimozione delle ombre Moduli di alto livello Blob Matching : Inseguimento dei blob (Blob Tracking) ALGORITMI DI RIMOZIONE DELLE OMBRE INTRODUZIONE : DEFINIZIONE DI OMBRA : CLASSIFICAZIONE DELLE OMBRE : PRIMO ALGORITMO DI RIMOZIONE DELLE OMBRE Modello dei colori invarianti...44 Pagina V

2 Identificazione delle regioni d ombra Classificazione delle ombre SECONDO ALGORITMO DI RIMOZIONE DELLE OMBRE TERZO ALGORITMO DI RIMOZIONE DELLE OMBRE Estrazione dei contorni Estrazione delle regioni d ombra CONCLUSIONI ARCHITETTURA DEL SISTEMA WATCHER INTRODUZIONE ARCHITETTURA LOGICA Sottosistema di Rappresentazione Modulo di Digitalizzazione e Codifica Modulo di Compensazione del movimento Modulo di Rilevazione dei cambiamenti (Change detection) Modulo di Filtraggio del rumore Modulo di Aggiornamento dello sfondo Modulo di Realizzazione dei rettangoli di ingombro (Focalizzazione dell attenzione) Modulo di Rimozione delle ombre Modulo di Estrazione delle caratteristiche di ciascun blob Modulo di Estrazione delle corrispondenze tra blob (blob Matching) Modulo di Inseguimento dei blob (blob Tracking) Modulo di Localizzazione 3D di ciascun blob Sottosistema di Detezione Modulo di Classificazione dei blob Analisi degli eventi, Conteggio delle persone, Detezione di oggetti abbandonati, Detezione di comportamenti sospetti Sottosistema di Compressione Video Sottosistema di Archivio e Recupero Dati tramite Database Sottosistema di Presentazione Dati ARCHITETTURA FISICA Specifiche tecniche dell architettura fisica Sensore di acquisizione Scheda di digitalizzazione del segnale video Unità locale di elaborazione del segnale Nodo informativo Centro operativo Collegamento dei componenti hardware FUNZIONAMENTO, PARAMETRI ED USCITE DEL SISTEMA...83 Pagina VI

3 4.1 - INTRODUZIONE ANALISI DELL INTERFACCIA GRAFICA MODALITÁ DI FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA Query sui filmati memorizzati Query di analisi di transito Analisi di transito con singola barriera virtuale Analisi di transito con doppia barriera virtuale Conteggio delle persone (CP) Comportamenti sospetti (esempio furto auto) Visualizzazione delle immagini in modalitá live (on line) Generazione degli allarmi Allarme per transito o sosta attraverso aree predefinite Allarme Densità persone Allarme per spostamenti anomali di una persona o di un gruppo di individui Visualizzazione delle immagini in modalitá live-virtuale I PARAMETRI E LE USCITE DEL SISTEMA WATCHER I parametri fondamentali del sistema LE USCITE DEL SISTEMA VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI INTRODUZIONE CRITERIO PER LA SCELTA DELLE SEQUENZE DI TEST Analisi delle 10 sequenze con la versione 0 (modulo disinserito) Analisi delle sequenze col modulo delle ombre attivo (versione 1.0) e confronto con la versione Miglioramenti apportati dal modulo di Rimozione delle ombre Svantaggi dovuti all attivazione del modulo di Rimozione delle ombre: Analisi delle sequenze con la versione : Analisi delle sequenze con la versione CONCLUSIONI Analisi delle 10 sequenze riferite agli allarmi: Criterio per la valutazione degli allarmi: Valutazione della funzionalità allarmi di analisi di transito col modulo non attivo (versione 0) Analisi delle sequenze col modulo delle ombre attivo (versione 1.0) Analisi delle sequenze col modulo delle ombre attivo (versione 2.0) Frequenze degli allarmi relative alle 3 differenti versioni Confronto fra i risultati ottenuti ANALISI DELLE QUERY Criterio per la valutazione delle Query Pagina VII

4 Analisi delle Query relativa alle sequenze della Telecamera Analisi delle Query relativa alle sequenze della Telecamera Conclusioni relative ai risultati delle Query BIBLIOGRAFIE BIBLIOGRAFIA DEL CAPITOLO BIBLIOGRAFIA DEL CAPITOLO BIBLIOGRAFIA DEL CAPITOLO BIBLIOGRAFIA DEL CAPITOLO INDICE DELLE FIGURE Figura 1-1: Sistema di videosorveglianza classico [7]...11 Figura 1-2: Sistema di videosorveglianza semi-automatico [7]...15 Figura 1-3: Rappresentazione schematica della struttura e del funzionamento di un sistema di videosorveglianza di seconda generazione...15 Figura 1-4: esempio di architettura di un sistema di videosorveglianza distribuito [1]..18 Figura 1-5: Architettura logica di alto livello di un sistema di videosorveglianza...20 Figura 1-6: Esempio di architettura fisica...22 Figura 1-7: Esempio di organizzazione a catena dei moduli di Image Processing appartenenti ai sottosistemi di Rappresentazione e Rilevamento...26 Figura 1-8: Sistema di Acquisizione e Codifica del segnale video...27 Figura 1-9: Schema di funzionamento degli algoritmi di Change Detection basati sulla differenza tra due immagini successive...29 Figura 1-10: Esempio di risultato dell elaborazione dell algoritmo Single Difference..30 Figura 1-11: Schema di funzionamento degli algoritmi di Rilevazione dei cambiamenti basati sulla differenza tra l immagine corrente e l immagine di sfondo (background)...31 Figura 1-12: Schema di funzionamento dei moduli di Detection ed Aggiornamento dello sfondo...34 Figura 1-13: Applicazione dei filtri morfologici Erosione e Dilatazione...37 Figura 2-1: Nella figura si nota che il punto indicante la posizione dell oggetto non è posizionato correttamente a causa dell ombra...41 Figura 2-2: Nella figura le dimensioni del rettangolo di ingombro non sono adeguate e la classificazione dell oggetto può non essere corretta...41 Figura 2-3:Esempio di Cast Shadow di Tipo Figura 2-4: Esempio di Cast Shadow di Tipo Figura 2-5: Esempio di Self Shadow...43 Figura 2-6: Schema del primo algoritmo di Rimozione delle ombre...47 Figura 2-7: Oggetto con ombra...49 Figura 2-8: Contorno dell oggetto senza ombra...49 Pagina VIII

5 Figura 2-9: Oggetto senza la sua ombra...49 Figura 2-10: Schema del secondo algoritmo di Rimozione delle ombre...50 Figura 2-11: Schema del terzo algoritmo di Rimozione delle ombre...53 Figura 3-1: Architettura Logica: schema a blocchi dettagliato...58 Figura 3-2 : Esempio di applicazione dell algoritmo di Change Detection...62 Figura 3-3 : Modulo di Rimozione delle ombre...67 Figura 3-4 Esempio di matching tra blob in frame diversi...69 Figura 3-5 Flusso logico dei dati Figura 3-6 : Allocazione dell architettura logica nell architettura fisica...76 Figura 3-7: Architettura fisica del sistema...77 Figura 3-8: Scheda di acquisizione audio-video Winnov Videum AV...80 Figura 3-9 : Collegamento dei componenti hardware...82 Figura 4-1 : Interfaccia grafica del sistema...84 Figura 4-2 : Area selezionata per la query di analisi di transito con singola barrieran virtuale...88 Figura 4-3 : Query di analisi di transito con barriera virtuale doppia...89 Figura 4-4 : Query di conteggio persone con soglia di densitá di persone impostata...91 Figura 4-5 : Grafico associato ai risultati della query di conteggio persone...91 Figura 4-6 : Interfaccia per la composizione delle query di Comportamenti sospetti...93 Figura 4-7: Esempio di traiettoria sospetta nella figura a sinistra e Blob di tipo THIEF (ladro) a nella figura a destra...93 Figura 4-8 : In questa figura é possibile osservare l area di transito vietata...95 Figura 4-9 : Interfaccia in cui si evidenzia l area selezionata per la zona di sosta vietata...96 Figura 4-10 : Interfaccia per l impostazione della soglia di densitá di persone...98 Figura 4-11 : In questa figura si osserva la spia gialla di presenza folla...98 Figura 4-12 : Interfaccia per l impostazione dell allarme di comportamenti sospetti..100 Figura 4-13 : Interfaccia da cui é possibile scegliere se visualizzare i filmati in modalitá live oppure live-virtuale Figura 4-14 : Da questa finestra é possibile selezionare il filmato di interesse per visualizzarlo in modalitá live-virtuale Figura 4-15 : Esempio di mimetizzazione di persone Figura 4-16: Esempio di file parameters.txt Figura 5-1 : a) Esempio di ombra Cast di tipo 1; b) Esempio di ombra Cast di tipo 2118 Figura 5-2 : a) Falsi blob dovuti a riflessi ; b) Esempio di mancata detezione Figura 5-3 : Esempio di falso blob dovuto ai fari Figura 5-4 : a) Cast Shadow di Tipo 2 con modulo ombre versione 0; b) Cast Shadow di Tipo 2 con versione Figura 5-5 : a) falso blob dovuto a Cast Shadow di Tipo 2; b) falso blob dovuto a Cast Shadow di Tipo Figura 5-6 : a) Inclusione nel rettangolo dell ombra Cast Shadow di Tipo 1; b) Nel rettangolo non si include l ombra Pagina IX

6 Figura 5-7 : a) Inclusione nel rettangolo dell ombra Cast Shadow di Tipo 1; b) Nel rettangolo non si include l ombra Figura 5-8 : a) Inclusione dell ombra nel rettangolo; b) split con perdita di identità per i 2 blob Figura 5-9: a) I fari generano un falso blob b) Il modulo di rimozione elimina il falso blob Figura 5-10 : a) Il rettangolo ingloba anche la luce; b) Le dimensioni del rettangolo sono corrette Figura 5-11 : a) Rettangolo di grosse dimensioni; b) Le dimensioni del rettangolo sono troppo piccole Figura 5-12 : a) Inclusione della Cast Shadow di Tipo 2 nel rettangolo; b) falso blob dovuto alla Cast Shadow di Tipo Figura 5-13 : a) Nel rettangolo si include l ombra; b) Nel rettangolo non si include l ombra Figura 5-14 : a) Inclusione di ombra nel rettangolo e presenza di un falso blob; b) é presente un piccolo falso blob generato dall ombra Figura 5-15 : a) Inclusioni di ombre nei rettangoli e presenza di un falso blob; b) Non e presente il falso blob Figura 5-16 : a)- Rettangolo di grosse dimensioni; b) falso blob dovuto all ombra Cast di tipo Figura 5-17 : a) Rettangolo di ingombro di grosse dimensioni; b) Split in tre parte del rettangolo di ingombro Figura 5-18 : a) Inclusione di ombra nel rettangolo; b) l ombra Cast di tipo 2 genera un falso blob Figura 5-19 : a) Inclusione dell ombra Cast di tipo 1 nel rettangolo; b) falso blob dovuto all ombra Cast di tipo Figura 5-20 : a) Falso blob dovuto alla Cast shadow di tipo 2; b) le dimensioni del falso blob vengono ridotte Figura 5-21 : a) Nel rettangolo viene inclusa anche l ombra-b) falso blob di piccole dimensioni dovuto alla Cast di tipo Figura 5-22 : a) Rettangolo di grosse dimensioni per persone e presenza di falsi blob; b) Rettangolo di dimensioni corrette per la persona n Figura 5-23 : a) Il rettangolo dell auto si splitta in due; b) Le dimensioni del rettangolo sono adeguate Figura 5-24 : a) Il rettangolo dell auto si splitta in 3 parti- b) falso blob dovuto alla Cast shadow di tipo Figura 5-25 : a) falso blob dovuto alla Cast di tipo 2; b) ) scomparsa del falso blob Figura 5-26 : a) falso blob dovuto alla Cast di tipo 2; b) ) scomparsa del falso blob Figura 5-27 : a) Rettangolo di piccole dimensioni; b) Le dimensioni del rettangolo sono adeguate Figura 5-28 : a) Falso blob dovuto all ombra Cast di tipo 2- b) Nessun falso blob Pagina X

7 Figura 5-29 : a) Falso blob dovuto all ombra Cast di tipo 1; b) Scomparsa del falso blob Figura 5-30 : Area allarmata grande per telecamera Figura 5-31 : Area allarmata grande per telecamera Figura 5-32: Area selezionate riferite alla telecamera 2 (partendo dall alto a sinistra in senso orario abbiamo le aree 1, 2, 3, 4) Figura 5-33: Aree selezionate riferite alla telecamera 1 (da sinistra verso destra abbiamo le aree 5, 6, 7) INDICE DELLE TABELLE Tabella 4-1:Parametri agenti sul sistema watcher Tabella 4-2: Descrizione delle uscite del sistema riferite al frame corrente Tabella Descrizione delle uscite del sistema riferite ad ogni blob Tabella 5-1: Sequenze selezionate Tabella 5-2 : Descrizione degli eventi relativi a ciascun filmato Tabella 5-3 : Risultati relativi alla sequenza quattro Tabella 5-4: Problemi rilevati nella sequenza numero Tabella 5-5 : Descrizione dei problemi relativi alla sequenza Tabella 5-6 : Descrizione dei problemi relativi alla sequenza Tabella 5-7 : Descrizione dei risultati relativi alle sequenza numero Tabella 5-8 : Descrizione dei risultati relativi alla sequenza numero Tabella 5-9 : Descrizione dei risultati relativi alla sequenza numero Tabella 5-10 : Descrizione dei risultati relativi alla sequenza numero Tabella 5-11 : Descrizione dei risultati relativi alla sequenza Tabella 5-12 : Descrizione dei risultati relativi alla sequenza Tabella 5-13 : Differenza fra le versioni 1.0 e Tabella 5-14 : Riassunto dei problemi con l uso della versione 1.1 del modulo delle ombre Tabella 5-15 : Descrizione dei problemi della sequenza 4 al variare della soglia canny Tabella 5-16 : Descrizione dei problemi della sequenza 15 al variare della soglia Canny Tabella 5-17 : Descrizione dei problemi della sequenza 29 al variare della soglia di canny Tabella 5-18 : Tabella delle sequenze con i rispettivi parametri ottimali (versione 2.0) Tabella 5-19 : Differenze fra le quattro versioni Tabella 5-20 : mriassuntiva dei diversi tipi di frequenza di allarme Tabella 5-21 Risultati dell osservazione delle sequenze relative alla telecamera uno.150 Tabella 5-22 : Risultati dell osservazione delle sequenze relative alla telecamera due152 Pagina XI

8 Tabella 5-23 : Risultati dell osservazione delle sequenze relative alla telecamera uno con una grande area allarmata selezionata Tabella 5-24 : Risultati dell osservazione delle sequenze relative alla telecamera due con una grande area allarmata Tabella 5-25 : Risultati dell osservazione delle sequenze relative alla telecamera uno con una grande area allarmata Tabella 5-26 : Risultati dell osservazione delle sequenze relative alla telecamera due con una grande area allarmata selezionata Tabella 5-27 : Frequenze di falso allarme relative alla telecamera Tabella 5-28 : Frequenze di falso allarme relative alla telecamera Tabella 5-29 : Frequenze di mancato allarme (Fam) relativa a tutte le sequenze Tabella 5-30 : Tabella riassuntiva delle differenze fra le tre versioni utilizzate Tabella 5-31: Risultati delle Query di Analisi di Transito per persone ed auto Tabella 5-32: Risultati delle Query di Conteggio persone con Densitá persone pari ad Tabella 5-33: Risultati delle Query di Analisi di Transito per persone ed auto Tabella 5-34: Risultati delle Query di Conteggio persone con Densitá persone pari ad Pagina XII