Rekonfigurowalny system wizyjnego nadzoru do detekcji naruszenia obszarów chronionych

W artykule opisano działający w czasie rzeczywistym sprzętowy system do detekcji naruszenia obszarów chronionych oparty o analizę obrazu kolorowego o rozdzielczości 640 x 480 zaimplementowany w zasobach rekonfigurowalnych układu FPGA. Składa się on z szeregu modułów: akwizycji obrazu, konwersji z przestrzeni barw RGB do CIE Lab, generacji tła z uwzględnieniem informacji o krawędziach, odejmowania tła, binaryzacji warunkowej, filtru medianowego, dylatacji morfologicznej, indeksacji jednoprzebiegowej, analizy położenia wykrytych obiektów oraz wizualizacji wyników. W pracy omówiono budowę każdego z modułów, zużycie zasobów FPGA, zużycie mocy, a także przykładowe rezultaty działania.

In the paper a hardware implementation of an algorithm for detection of intrusion into protected areas is presented. The system is composed of several functional modules: colour space conversion from RGB to CIE Lab, Sobel gradient calculation, background generation (running average algorithm), moving object segmentation, median filtering, morphological dilation, connected component labeling integrated with analysis of the detected objects (area and bounding box determination) and visualization of the detection results. The most important features of the proposed solution are: use of the CIE Lab colour space which allows improving segmentation results and reducing the noise introduced by shadows; advanced segmentation which is based on integration of luminance, chrominance and edge information and a thresholding scheme using two thresholds; use of a one-pass connected component labeling and analysis algorithm and its FPGA implementation. The use of a high-end Virtex 6 FPGA device allowed obtaining real-time performance in processing a 640 x 480 colour video stream. The proposed system was tested on several sequences. The obtained results show that it detects correctly the intrusion into protected zones. The module could be used in a smart-camera design, where the image processing and analysis is integrated with the imaging sensor and a surveillance system operator receives only information about intrusion detection.