ntvНаучно-технический вестник информационных технологий, механики и оптикиScientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics2226-14942500-0373Университет ИТМО10.17586/2226-1494-2023-23-5-927-934ntv-122Research ArticleКОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИCOMPUTER SCIENCEМетод оптимизации параметров установки камеры для видеоконтроля зоны наблюдения произвольной формыMethod for optimization of camera installation parameters for video monitoring of arbitrary surveillance zonehttps://orcid.org/0000-0001-9628-2046ВолхонскийВ. В.VolkhonskiyV. V.

Волхонский Владимир Владимирович — доктор технических наук, доцент, профессор практики

Санкт-Петербург, 197101 

Vladimir V. Volkhonskiy — D.Sc., Associate Professor, Professor of Practice 

Saint Petersburg, 197101 

volkhonski@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7042-7905КовалевскийВ. А.KovalevskiyV. A.

Ковалевский Владислав Александрович — аспирант 

Санкт-Петербург, 197101 

Vladislav A. Kovalevskiy — PhD Student 

Saint Petersburg, 197101 

Kovalvlad9@gmail.comУниверситет ИТМОРоссияITMO UniversityRussian Federation202313122024235927934Copyright © Волхонский В.В., Ковалевский В.А., 20242024Волхонский В.В., Ковалевский В.А.Volkhonskiy V.V., Kovalevskiy V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ntv.elpub.ru/jour/article/view/122

Введение. Рассмотрена задача оптимизации выбора параметров установки видеокамеры, таких как место и углы обзора, наклона и поворота для повышения информативности формируемого видеосигнала. Актуальность темы обусловлена отсутствием методов и программ автоматизации процесса выбора этих параметров. Задача решена при условии достижения плотности пикселов, необходимой для решения поставленной задачи наблюдения. Метод. Разработанный метод оптимизации основан на предложенной модели представления зон обзора, наблюдения и расположения камер как дискретных множеств в соответствии с решаемой задачей наблюдения, определяющей минимально требуемую плотность пикселов с учетом выбранных критериев и ограничений. Получена возможность решения задачи программным способом в отличие от существующих решений, использующих эмпирические подходы. Основные результаты. Сформулированы основные и дополнительные критерии, а также ограничения, по которым можно осуществлять оптимизацию положения камеры относительно требуемой зоны наблюдения — решаемая задача наблюдения, минимально требуемое разрешение камеры и максимальная информативность формируемого изображения. Определены алгоритмы вычисления оценок ближней, дальней и боковых границ зоны обзора, позволяющие получить значения углов обзора, поворота и наклона. Обоснована адекватность предложенной модели реальным зонам наблюдения, обзора и расположения камер. Приведен пример решения задачи оптимизации, подтверждающий корректность использования предложенного метода. Обсуждение. Полученные результаты позволяют автоматизировать процесс проектирования и минимизировать влияние человеческого фактора при выборе места и параметров установки камер в процессе проектирования систем наблюдения. Результаты работы могут найти применение при разработке алгоритмов и программ автоматизированного проектирования систем наблюдения.

The problem of optimizing the choice of parameters for installing a video camera, such as the location and viewing angles, tilt and pan to increase the information content of the generated video signal, is considered. The relevance of the paper is due to the lack of methods and programs for automating the process of choosing these parameters. The problem is solved when the pixel density is reached, which is necessary for solving the task of observation. It is based on the proposed model for representing view areas, surveillance and camera locations as discrete sets in accordance with the observation task being solved, which determines the required minimum pixel density as well as selected criteria and restrictions. It gives the opportunity to solve the problem programmatically, unlike existing solutions that use empirical approaches. The main and additional criteria as well as limitations are formulated according to which it is possible to optimize the position of the camera relative to the required surveillance area — the observation task to be solved, the minimum required camera resolution and the maximum information content of the generated image. Algorithms for calculating estimates of the near, far and side boundaries of the view area as well as view angles, pan and tilt are formulated. The adequacy of the proposed model to real areas of observation, review and location of cameras is substantiated. An example of solving an optimization problem is given, which confirms the correctness of using the proposed method. The results obtained make it possible to automate the design process and minimize the influence of the human factor when choosing the location and installation parameters of cameras in the process of designing surveillance systems. The results of the work can be used in the development of algorithms and programs for computer-aided design of surveillance systems.

задача наблюдениякамеравидеокамеразона обзоразона наблюденияустановка камервыбор места установки камерыsurveillance taskcameravideo cameraview areasurveillance areacamera installationchoice of camera locationReferencesВолхонский В.В. Системы телевизионного наблюдения: основы проектирования и применения. М.: Горячая линия-Телеком, 2022. 392 с.Volkhonsky V.V. Video Surveillance Systems: Design and Application Fundamentals. Moscow, Gorjachaja linija-Telekom Publ., 2022, 392 p. (in Russian)Волхонский В.В., Ковалевский В.А. Влияние параметров установки телекамер на информативность видеоизображения // Системы безопасности. 2022. № 2(164). С. 78–80.Volkhonsky V., Kovalevsky V. Influence of camera installation parameters on the information content of the video image. Security and Safety, 2022, no. 2(164), pp. 78–80. (in Russian)Волхонский В.В., Муратов А.С. Специфика использования мультимодульных телевизионных камер // Технологии защиты. 2021. № 2. С. 52–54.Volkhonskii V.V., Muratov A.S. Specific features of multimodule TV-cameras application. Tehnologii zashhity, 2021, no. 2, pp. 52–54. (in Russian)Horster E., Lienhart R. Approximating optimal visual sensor placement // Proc. of the 2006 IEEE International Conference on Multimedia and Expo. 2006. P. 1257–1260. https://doi.org/10.1109/icme.2006.262766Horster E., Lienhart R. Approximating optimal visual sensor placement. Proc. of the 2006 IEEE International Conference on Multimedia and Expo, 2006, pp. 1257–1260. https://doi.org/10.1109/icme.2006.262766Erdem U.M., Sclaroff S. Optimal placement of cameras in floorplans to satisfy task requirements and cost constraints // Omnivis 2004. Proc. of the fifth Workshop on Omnidirectional Vision, Camera Networks and Non-classical cameras. Citeseer, 2004. P. 30–41.Erdem U.M., Sclaroff S. Optimal placement of cameras in floorplans to satisfy task requirements and cost constraints. Omnivis 2004. Proc. of the fifth Workshop on Omnidirectional Vision, Camera Networks and Non-classical cameras. Citeseer, 2004, pp. 30–41.Bodor R., Schrater P., Papanikolopoulos N. Multi-camera positioning to optimize task observability // Proc. of the IEEE Conference on Advanced Video and Signal Based Surveillance. 2005. P. 552–557. https://doi.org/10.1109/avss.2005.1577328Bodor R., Schrater P., Papanikolopoulos N. Multi-camera positioning to optimize task observability. Proc. of the IEEE Conference on Advanced Video and Signal Based Surveillance, 2005, pp. 552–557. https://doi.org/10.1109/avss.2005.1577328Domański M., Dziembowski A., Grzelka A., Mieloch D. Optimization of camera positions for free-navigation applications // Proc. of the 2016 International Conference on Signals and Electronic Systems (ICSES). 2016. P. 118–123. https://doi.org/10.1109/icses.2016.7593833Domański M., Dziembowski A., Grzelka A., Mieloch D. Optimization of camera positions for free-navigation applications. Proc. of the 2016 International Conference on Signals and Electronic Systems (ICSES), 2016, pp. 118–123. https://doi.org/10.1109/icses.2016.7593833Watras A.J., Kim J.-J., Liu H., Hu Y., Jiang H. Optimal camera pose and placement configuration for maximum field-of-view video stitching // Sensors. 2018. V. 18. N 7. P. 2284. https://doi.org/10.3390/s18072284Watras A.J., Kim J.-J., Liu H., Hu Y., Jiang H. Optimal camera pose and placement configuration for maximum field-of-view video stitching. Sensors, 2018, vol. 18, no. 7, pp. 2284. https://doi.org/10.3390/s18072284Kim S.T., Ahn S.O. Simulation to evaluate CCTV positioning in use of ray-tracing algorithm // Korean Institute of Interior Design Journal. 2013. V. 22. N 6. P. 40–48. https://doi.org/10.14774/jkiid.2013.22.6.040Kim S.T., Ahn S.O. Simulation to evaluate CCTV positioning in use of ray-tracing algorithm. Korean Institute of Interior Design Journal, 2013, vol. 22, no. 6, pp. 40–48. https://doi.org/10.14774/jkiid.2013.22.6.040Yang T.P., Asirvadam V.S., Saad N.B. Using multiple view in optimizing detector placement for petrochemical plant // Proc. of the 2012 IEEE 8th International Colloquium on Signal Processing and its Applications. 2012. P. 80–84. https://doi.org/10.1109/cspa.2012.6194695Yang T.P., Asirvadam V.S., Saad N.B. Using multiple view in optimizing detector placement for petrochemical plant. Proc. of the 2012 IEEE 8th International Colloquium on Signal Processing and its Applications, 2012, pp. 80–84. https://doi.org/10.1109/cspa.2012.6194695Kim Y., Park S., Kim H. Crowdedness measuring system considering view angle of CCTV camera // Proc. of the 2017 International Conference on Information and Communication Technology Convergence (ICTC). 2017. P. 1149–1152. https://doi.org/10.1109/ictc.2017.8190882Kim Y., Park S., Kim H. Crowdedness measuring system considering view angle of CCTV camera. Proc. of the 2017 International Conference on Information and Communication Technology Convergence (ICTC), 2017, pp. 1149–1152. https://doi.org/10.1109/ictc.2017.8190882Волхонский В.В., Ковалевский В.А. Методика оптимизации распределения плотности пикселов по зоне наблюдения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22. № 6. С. 1055–1062. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-6-1055-1062Volkhonskiy V.V., Kovalevskiy V.A. Distribution optimization method of pixel density by surveillance area. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2022, vol. 22, no. 6, pp. 1055–1062. (in Russian). https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-6-1055-1062Dallmeier D. Monitoring Device. World Intellectual Property Organization patent PCT/EP2012/060438. 2012-06-01.Dallmeier D. Monitoring Device. World Intellectual Property Organization patent PCT/EP2012/060438. 2012-06-01.Далльмайер Д. Устройство наблюдения. Патент ЕАПО 026475.Dallmeier D. Monitoring Device. Patent EAPO 026475, 2017. (in Russian)Stening J., Persson H., Rusz A., Bengtsson A. System for panoramic imaging. Patent US 2020/0195845 A1.Stening J., Persson H., Rusz A., Bengtsson A. System for panoramic imaging. Patent US 2020/0195845 A1.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.