電腦視覺監控產學研聯盟

The Industrial Liaison Program Of  VBIE

2011年 12月第 55 期

電子報

 

 

 

 

 發行單位:電腦視覺監控產學研聯盟

出刊日期:2011年12月

本期主編:林進燈

本期聯絡人: 李東霖

(03)571-2121轉54426

新竹市大學路1001號

工程五館915室  

電腦視覺監控產學研聯盟網站: 

http://vbie.eic.nctu.edu.tw/

         

 

 

自動化時代來臨 機器視覺在生產線上扮演關鍵性角色

17國犯罪學者肯定CCTV偵防成效

智慧型社區事件安全監控系統

 

自動化時代來臨 機器視覺在生產線上扮演關鍵性角色

 

  隨著人事成本的提高,產線速度的增加,產品精密的要求,機器視覺已在自動化領域中扮演舉足輕重的角色,廣泛應用於各個產業,諸如農業、包裝、食品、玻 璃、鋼鐵、造紙、製藥、汽車零件、IC零組件、FPD、半導體,乃至近年流行的太陽能電池與LED產業,都可以看到機器視覺應用的足跡。

  機器視覺簡單的說,即用機器取代人的眼睛,機器取代人為的量測和決策。在傳統的生產線中,人往往是個不可控制的因子,品質檢驗的過程中,導入機器視覺不僅可以避免人為的錯誤判斷、眼睛疲勞等無法控制的因素,更可以提高市場的產品品質,帶動生產效率。

  隨著技術的提升,電子產品輕薄短小的趨勢,像是半導體晶片或IC等,元件也越來越精細,精密到肉眼可能都無法辨識,藉由機器視覺,透過視覺影像分析, 可以達成更嚴格的品質管理。另外,在危險性高的工作環境中,透過視覺影像分析不僅可以提高生產品質,更可以降低工作的危險性。

  機器視覺系統包含獲取圖像的裝置、處理圖像裝置所對應的軟硬體系統,和與製造過程相連的輸出系統3部分。

  獲取圖像的裝置其主要零件包括攝影機、鏡頭、光源。攝影機過去大多是類比式的攝影機,隨著IEEE1394技術的成熟與量產,IEEE1394攝影機也逐漸瓜分類比式市場,另外網路介面 GigE攝影機這兩年來市場的接受度高,也有相當驚人的成長,透過連網技術即可將影像傳輸到電腦,其他CameraLink、USB2.0界面的攝影機,在一些高精度高性能的應用上也有相當多的使用者。

  工業用鏡頭可分一般低成本易變形的CCTV鏡頭與視角幾乎零度的Telecentric 的鏡頭,目前台灣多是日系廠牌為主,百家爭鳴的狀態。光源的部分,大多數人將其視為配角,但常常扮演小兵立大功的角色,分成環光、同軸光、線光、背光,基於應用又可分紅光、白光、藍光、綠光、甚至不可見光。

  而圖像裝置所對應的軟硬體系統,包含影像卡和影像處理軟體兩種,影像卡其性能往往影響了取向速度與品質。影像處理軟體,目前多來自北美與歐洲,開發多 元的影像函式庫,發展的趨勢是簡易操作,靈活彈性,使用者可依需求加以程式控制並修改。與製造過程相連的輸出系統,則包含可程式控制器與PC-Based 控制器,由於機器視覺與機器動作控制系統緊密連結,因此後端動作控制的介面控制軟、硬體就顯得特別重要。

  隨著智能自動化時代的來臨,可程式控制器、人機介面、觸控螢幕等系統整合,不僅驅使工業自動化,也加速工業自動化相關研究興起,機器與影像處理的結合 使機器視覺系統因應而生,機器視覺系統提供的產品檢測,幫助企業在生產線上監控產品,良好的產品出現正確的訊息,不良的產品則出現錯誤的訊息,可減少因生 產失誤所造成的損失,在生產線上會因待測物的大小、顏色、產線速度的需求或其他特性的不同而作不同分類,藉由機器視覺系統的整合服務,整合獲取圖像的裝 置、處理圖像裝置所對應的軟硬體系統,和與製造過程相連的輸出系統即可提供最經濟的解決方式,解決生產線上的種種問題。

 

(本文由皏K科技行銷經理李怡惠提供,李威德整理)

(參考資料來源:DIGITIMES)

17國犯罪學者肯定CCTV偵防成效

 

  國立臺北大學假台北市晶華酒店承辦亞洲犯罪學年會第三屆年會,亞太與英美地區等17個國家近50位學者專家與會,為國際級犯罪學與刑事司法學界之盛會。

  為增進國際交流,讓與會學者專家了解臺北市新建置錄影監視系統翻轉刑案偵辦思維及犯罪偵防成效,特於年會最後一天的今(19)日上午,安排與會來賓參訪台北市新建置錄影監視系統數位監控中心,並由臺北市政府警察局周壽松副局長與臺北大學侯崇文校長共同主持實務與經驗對談,以期發揮臺北市郝市長「治安零容忍」之成效。

  參訪中,台北市警局展示監看攝影機影像,執行e化視訊巡邏,並結合影像智慧辨識、車牌自動辨識等功能,大幅強化刑案偵防能力。另整合110勤指中心指管系統,透過GIS系統自動導向案發地點周邊攝影機之影像回傳顯示,將指揮管制之資訊回饋由被動告知,提升為主動掌控,有效縮短反應時間及靈活警力派遣。

  錄影監視系統影音資料之運用,已翻轉警方偵辦刑案思維,過去刑案偵辦以查訪、鑑識、通訊監察為主流,現在增加調閱錄影監視系統。台北市新建罝錄影監視系統自99年8月開始試營運以來,警方可在任何一處派出所調閱全市13,699支監視器畫面,讓犯罪者無所盾行,達到節省人力、時間的目的。

  以臺北市100年1-11月的刑案發破數與99年1-11月比較,搶奪犯罪減少99件,破獲率提升35.6百分點;住宅竊盜發生減少324件,破獲率提升26.5百分點,顯示建置案發揮極佳之偵防效益。

  參訪的各國專家學者除對台北市錄影監視系統表示高度讚許外,並提出相關議題,台北市警局均予充分說明,讓與會之學者暸解台北市治安零容忍政策對我國警政革新之成效,提升台北市警局運用科技偵查犯罪之形象。

(資料來源:自立晚報)
(CCTV詳細內容請參閱第50期電子報)

智慧型社區事件安全監控系統

一、       目標

基於本期計畫強調應用及系統整合,為加強系統整合面的規劃,以社區安全管理為主,建構「智慧型社區事件安全監控系統」,可達到長距離且多事件的安全監控。 此系統整合多項技術及訊息管理,並以網頁的方式呈現,於事件發生時,自動顯示警告訊息來提醒中控人員注意。同時在上期已開發的基礎上,清楚地將已建立的核 心技術做一盤點,進一步發展更具前瞻性技術,以期在應用系統能有突破性及創新性的發展。

 二、       特色

l  由室內/大樓,擴展為戶外/園區的大面積監控

l  涵蓋雲端運算與嵌入式系統

l  整合電子地圖、事件、與視訊摘要之中控顯示 

三、       情境說明

為了展示各項技術整合於中控系統中,以表演的方式來顯現各項技術的訊息會集中至中控室來操作及管理。情境名稱為「校園田徑場修繕招標案爭奪事件」,其表演場所如 1所示。 

1、表演園區

 

3.1 情境背景說明

為了獲得具有巨大利益的田徑場修繕招標案,不法建商春風工程決定使用不法的手段取得此招標案的內容,於是私底下與黑道勾結並且派出兩位小弟進行此招標案的 竊奪。兩位黑道小弟接獲此任務後,便開始進入校園勘查。他們發現到招標案文件放置於田徑場旁的會計室辦公室裡,而辦公室門是用高科技密碼鎖控管,只有會計 室主任知道密碼,另外經長期的觀察發現會計室主任週末都會在有慢跑的習慣。於是歹徒決定於這個週末進行招標案的竊奪行動。為盡速完成竊奪行動,由一位小弟 在電資大樓後人煙稀少處逼問會計室主任密碼,另一位分頭同時在會計室竊取文件,並在現場故佈疑陣,偽裝成普通財物竊案

一共會有5位演員在此情境中,如圖 2所示分別為,小弟A,潛入校園,逼問會計室主任以獲得密碼,並指示小弟B行動;小弟B,先行開車潛入校園停車場靜候指示,以竊取招標文件;中控室警衛,位於中控室,監控及管理所有攝影機;校園警衛,接到中控室警衛之指示,巡邏校園時發現異常,並立即逮捕嫌犯;會計室主任,擁有會計室的門禁密碼。週末有固定慢跑習慣。

 

        (a)                   (b)                      (c)                        (d)                       (e)  

2、此情境有5位演員。(a)小弟A(b)小弟B(c)中控室警衛。(d)校園警衛。(e)警衛室主任。

 

3.2 情境說明

情境細節會分成5個場景來說明並展示技術,首先簡單說明整個情境的流程。預定行動的周末,小弟AB駕駛一輛銀色自用廂型車前往校園。小弟A於校園外先行下車,並從學校東側翻牆進入校園,準備埋伏襲擊會計室主任以逼問密碼。小弟B駕車於田徑場旁的大型停車場等候,一旦小弟A取得門禁密碼,即可快速進入會計室竊取文件,並接應同夥離開校園。校園警衛透過中控室得知犯罪事件,並逮到小弟A帶往中控室,透過稍早的影像畫面以及會計室主任的指認,證實犯案過程,讓小弟A供出同夥,讓兩位歹徒繩之以法。

 

3.2.1 場景1

場景1發發生於下午3:00於電資大樓後方,小弟A從校園外翻牆進入校園,此時智慧型攝影機的「翻牆入侵偵測」偵測到有人翻牆後,提醒中控室警衛注意,如 3 (a)所示。自動啟動智慧型PTZ攝影機的「嵌入式PTZ攝影機追蹤」持續追蹤翻牆的可疑人物,如 3 (b)所示。中控室收到「翻牆入侵偵測」的警告,就持續注意此可疑人物,如 3 (c)所示。

 

  

(a)                                         (b)                                          (c)                   

3、場景1示意圖。(a)小弟A翻牆進入校園。(b)小弟A於電資大樓後方勘查。(c)中控室從翻牆開始一直注意著小弟A

 

整合技術:1.翻牆及禁區入侵偵測(負責人--海洋大學謝君偉教授、佛光大學莊啟宏教授)

                     2.嵌入式PTZ相機追蹤(負責人--交通大學林進燈教授)

 

  

(a)                                       (b)                                       (c)                

4、場景1之技術畫面。(a)偵測到有人翻牆。(b)收到翻牆偵測訊號,開始追蹤可疑人物。(c)持續追蹤可疑人物。

 

3.2.2 場景2

場景2發發生於下午3:04於電資大樓後方,小弟A此時往暗巷走去,預備襲擊會計室主任時,發現周遭有一部攝影機,如圖 5 (a)所示。小弟A以塑膠袋上前遮住攝影機視野,因而造成監控的死角,如圖 5 (b)所示。中控室從「中央視訊及訊息管理系統」內建的「攝影機破壞偵測」得知攝影機異常,隨即通知校園警衛前去查看。中控室同時以不可能破壞之頂樓攝影機以「多重解析度廣域監視系統」持續觀測周遭的狀況。如圖 5 (c)所示。

 

  

(a)                                       (b)                                          (c)                          

5、場景2示意圖。(a)小弟A發現攝影機。(b)以隨身攜帶塑膠袋覆蓋於攝影機上。(c)中控室得知異常事件發生,請校園警衛排除並以其他攝影機持續監控。

 

整合技術:1.中央視訊及訊息管理系統(負責人--輔仁大學王元凱教授)

2.多重解析度廣域監視系統(負責人--台灣大學洪一平教授、交通大學陳永昇教授、暨南大學石勝文教授)

 

  

(a)                                             (b)                                        (c)                        

6、場景2之技術畫面。(a)攝影機正常視野。(b)攝影機被不明物遮蓋視野。(c)以「多重解析度廣域監視系統」持續監控。

 

3.2.3 場景3

場景3發發生於下午3:07於電資大樓後方,會計室主任依照習慣行進的路線慢跑,如圖 7 (a)所示。忽然後方有人大叫他的姓名,回頭一看竟有一陌生人持槍指著他,並將他綑綁在暗巷內,如圖 7 (b)所示。毫無招架之力的會計室主任在逼問之下,說出會計室辦公室的門禁密碼。小弟A取得門禁密碼之後,立即打電話指示小弟B ,如圖 7 (c)所示。

 

  

(a)                                       (b)                                      (c)                     

7、場景3示意圖。(a) 會計室主任慢跑經過電資大樓。(b)歹徒A於電挾持會計室主任。(c)歹徒A 從會計室主任口中得知辦公室密碼。

 

3.2.4 場景4

場景4發發生於下午3:08於會計室辦公室,小弟B從小弟A得到門禁密碼,並將車開往會計室辦公室前,智慧型攝影機的「嵌入式非法停車偵測」偵測到非法停車事件,PTZ攝影機自動開始追蹤駕駛,並進行「動態場景之人物特徵偵測」,以拍下人物特徵,如圖 8 (a)所示。小弟B取得招標案文件後,立即駕車前往會合點欲接應小弟A,如圖 8 (b)所示。非法停車事件發生時,中控室注意到此事件,馬上查詢「戶外停車場空位偵測系統」發現鄰近停車場尚有停車位,並有所警戒,如圖 8 (c)所示。

 

  

(a)                                        (b)                                     (c)                        

8、場景4示意圖。(a)歹徒B停於會計室辦公室前。(b)歹徒B進入會計室辦公室盜取文件。(c)中控室得知非法停車後,查詢停車場可停數量。

 

整合技術:1.嵌入式非法停車偵測(負責人--中華大學連振昌教授、中央大學范國清教授、聯合大學韓欽銓教授)

 2.動態場景之人物特徵偵測(負責人--東華大學李錫堅教授)

 3.戶外停車場空位偵測系統(負責人--交通大學王聖智教授)

 

  

(a)                                    (b)                                              (c)                

9、場景4之技術畫面。(a)偵測到車輛違規停車。(b)拍攝違規車主面貌。(c)停車場空位地圖。

 

3.2.5 場景5

場景5發發生於下午3:12於電資大樓後方,校園警衛前往異常攝影機事件地點查看時,意外發現被綑綁的會計室主任,並通知中控室警衛,如圖 10 (a)所示。中控室警衛透過「多重解析度廣域監視系統」看到可疑人士行蹤,趕緊通知校園警衛,順利將小弟A制伏,並帶往中控室,如圖 10 (b)所示。中控室警衛使用中控系統的「中央視訊及訊息管理系統」調出「高效率影片事件瀏覽系統」的事件影片之濃縮摘要,來快速重現犯案現場,並以獲救的會計室主任的指證,使得小弟A只好乖乖認罪。小弟A企圖招出共犯小弟B以減輕責任,警方以事件影片及人證作為證據,將歹徒繩之以法。如圖 10 (c)所示。

 

  

(a)                                      (b)                                        (c)                       

10、場景5示意圖。(a)校園警衛前往異常地點,發現被綑綁的會計室主任。b)透過中控室,小弟A被校園警衛制伏。(c)從中控室系統調閱影像,讓小弟A認罪。

 

整合技術:1.多重解析度廣域監視系統(負責人--台灣大學洪一平教授、交通大學陳永昇教授、暨南大學石勝文教授)

                     2.中央視訊及訊息管理系統(負責人--輔仁大學王元凱教授)

                     3.高效率的影片事件瀏覽系統(負責人--台北大學林道通教授)

 

 

(a)                                                                   (b)                                        

11、場景5之技術畫面。(a)以「多重解析度廣域監視系統」持續監控。(b)以「高效率影片事件瀏覽系統」快速找到所需片段。

 

四、       中控室建置實景

本次系統整合已完成中控設備之建置,實景如圖 12 (a)。各個子系統涵蓋雲端運算與嵌入式系統,並把事件影片儲存於雲端設備,如圖 12 (b)

 

 

(a)                                               (b)                           

12、系統設備。(a)中控顯示設備建置實景。(b)雲端儲存設備。

 各子系統偵測到事件後,傳送警告訊息至中控端,中控端把警告訊息顯示於google map上,並把監控影像轉為事件之攝影機,如 13 (a)所示,並可從雲端儲存設備調閱事件影片,如 13 (b)所示。

 

 

(a)                                                            (b)                                

13、「中央視訊及訊息管理系統」。(a)警告畫面。(b)回播畫面。

 

五、       對本計畫的實質貢獻(效益)

1.      本次系統整合導入多項智慧型監控技術,包括以人或車為偵測或分析對象,每項技術皆可單獨實行,藉此提高安控產品附加價值。

2.      本次系統整合導入雲端系統,原由每項技術分散至各處電腦,現今藉由使用虛擬化電腦,整合至雲端系統,使得各項技術凌亂的配備規格得而統一,進而增加整合系統之穩定度,提高安控系統價值。(參考附錄)

3.      透過技術整合,發展成智慧型社區,整合嵌入式及雲端系統,並在各項技術之間擁有訊息傳遞功能,使得「中央視訊及訊息管理系統」能有效管理並掌握現況,提升智慧型安全監控功能,有效降低犯罪率,減輕人力負擔。

 

(參考資料來源:本計畫)

有關本學界科專計畫、電腦視覺監控產學研聯盟、以及電子報之背景與相互關連都已在電子報創刊號詳細說明。本期電子報由分項A子項2主編,在此,我們簡介此子項於學界科專98年度之研究計畫:

子項A2於本年度的研究重點在於使監控人員在一攝影機網路的監控環境下,更容易在不同場景之間追蹤與監控多個目標物,並提供可疑事件的歷史監控記錄與資料庫搜尋,使監控人員能更方便進行中控室操控。本年度的研究主題如下:

1.  停車場之人車連續追蹤: 有別於之前的技術,在跨攝影機目標物追蹤上,僅使用時空特徵與外觀顏色特徵。在本年度的研究,我們預期以加入幾何特徵為研究方向,藉由目標物幾何特徵在行 進過程中的一致性,並與之前已使用的特徵進行整合,以提高追蹤正確率。我們也預期發展人車的分辨模組,透過機器學習方法的設計與實作,進行物體的部件的分 析與辨認,以便提高人車追蹤的效能。

2.  可疑人物之長程追蹤:設計一長程策略來分析可疑人物之行為,藉由結合系統所提供之長程蒐集可疑人物之資訊,來彌補短程偵測方法之不足,以提升單一攝影機可疑人物偵測之正確性。並且,將動態呈現目標物的可疑程度,以提升中控室使用者對場景中人物的即時掌握程度。

3.  可疑事件在中控室之視覺化顯示: 開發一攝影機是否遭到遮蔽或明顯移動的偵測技術,例如:攝影機遭到轉向、遮蔽或是鏡頭遭塗抹異物以致無法取得正常之監控影像。並且,將發展一整合攝影機網 路的視覺化顯示中控室系統,該系統藉由整合平順轉場技術與多重解析度顯示技術,以提升使用者於中控室的監控效率與操作方便性。

 

近年來全球安全監控產業呈現穩定成長趨勢,並由於數位時代的進展,安全監控產品技術層次也不斷提升,進而與其他產業整合,預期未來安全監控領域是安全產業 中最具發展潛力的領域之一。此外,由於現代科技的進步,醫療技術與品質提升,使國民平均壽命逐年攀升。在新人口結構變化趨勢下,如何滿足老年人健康照護需 求的問題不容小覷,相對而言,也造就了新的商機。根據工研院IEK推估,台灣高齡產業市場規模在2025年可望達到1089億美元。

展望未來產業趨勢,安全監控產業以及高齡產業市場規模將持續增加。因此,本中心將以前期所開發之100餘項相關核心技術,規劃二個系統整合方向 — (1)智慧型建築(smart building),結合資訊、通訊與視訊技術,整合創造科技與人文結合的智慧型大樓;(2)智慧型社區(smart community),結合鄰里以及警政單位,規劃全方位無死角社區或園區智慧型監控系統 期許透過系統整合,勾勒具視覺感知能力之安全環境架構,以建構全面智慧型環境,讓人們悠遊於舒適的環境之中,並協助國內廠商尋找智慧型監控環境之藍海策略,使台灣成為安控產業之明日之星 。

學界科專計畫已邁入第二期,本期研發重點,在技術策略方面,朝向「多層次多感測無縫隙系統」發展,結合視訊與感測器(sensor)成為一全方位監控安全系統。在技術落實方面,朝向下列三目標執行:

(1) 提升技術成熟度、可靠度及穩定度

(2) 以嵌入式系統具體化前期核心技術

(3) 整合前後期核心技術,以發展商品化之產品。

每一分項之主要工作項目概述如下,詳細內容後述之。

分項一:智慧型建築(Smart Building)

分項一的研發主軸為智慧型建築(smart building)的前瞻性技術研發,工作項目如下。

A1.日夜安全巡邏與訪客引導系統---室內空間智慧型巡邏與避碰利用自動車引導訪客、紅外線影像處理與自動車夜間導航、多自動車協同巡邏與異常偵測等。

A2.視訊監控中央管理系統---攝影機網路之目標物即時追蹤與預測、視訊資料庫搜尋、與資訊整合視覺化。

A3.室內突發事件分析系統---室內突發事件分析之技術開發主軸分隊針對人員及環境設計各項突發事件偵測技術,研發技術包括:人員異常行為分析、訪客異常行為偵測、環境突發事件偵測限制區域之監控、限制區域之監控。在技術策略方面,朝向結合視訊與感測器(sensor),發展成為一全方位監控安全系統。

分項二:智慧型社區(Smart Community)

以多層次多感測無縫隙的技術為發展目標,分項二的技術研發主軸定位在智慧型社區(smart community)安全的前瞻性技術研發,主要工作項目如下所列。

B1. 人車偵測與辨識系統---即時車型和車輛之偵測和辨識、車輛管制系統、PTZ攝影機人員偵測與辨識等。

B2. 強健性物件追蹤系統---全天候物件偵測與追蹤、即時物件追蹤技術、多感測器人員追蹤、多人長時間性人員追蹤。

B3. 事件分析與搜尋系統系統---自動化視訊搜尋、戶外異常事件分析、異質相機行動監看。

 

經濟部學界科技專案『以視覺為基礎之智慧型環境的建構四年計畫』所發起的「電腦視覺監控產學研聯盟」已於2005年初正式成立。為了加強產業界與學術界的互動與交流,聯盟自2005年一月起每兩個月定期發行一期電子報,提供國內產業界及聯盟會員最新的相關資訊。

本電子報目前所規劃的內容包括:

1.最新動態:公布並報導「電腦視覺監控產學研聯盟」或「影像等相關單位」舉辦的各項技術說明會、技術研討會、企業座談會等相關活動訊息。

2.技術報導:報導電腦視覺監控領域相關研究的現況,並簡介本學界科專計畫的最新研究成果及所獲得的各項專利等。

 

在本期的電子報當中,「最新動態」部分報導2009/9/21~24美國加州安那罕舉行的美國國際安全器材展,另外介紹10/1於福華國際文教會館舉辦的『技術研討暨技術成果移轉說明會』。此外,在「技術報導」方面,本期收集了兩篇文章,分別由台大網媒所施朝欽同學與賴治權同學介紹「攝影機功能異常自我診斷技術」及「視線追蹤」的技術。

 

「電腦視覺監控產學研聯盟」乃是由經濟部學界科專「以視覺為基礎之智慧型環境的建構四年計畫」所發起,由前亞洲大學校長蔡文祥(現交通大學講座教授)所主 持,在背後支持此一聯盟的研發團隊幾乎囊括了國內電腦視覺研究領域之菁英教授,其研究人員遍佈台大、清大、交大、中央及中央研究院等第一流學術機構。每一 位計畫主持人皆累積多年有關影像處理與圖形識別等研究的經驗,亦曾多次協助業界研發各項影像處理與圖形識別系統,輔導產業研發、創新之經驗豐富 。

本聯盟除發行電子報外,也提供聯盟成員包括人才招募、技術諮詢、企業資訊推廣等多項 服務(請點選並下載電子報左方目錄中的「會員招募簡章及報名表」,並參閱其中有關本聯盟之服務內容說明)。竭誠歡迎產業界相關企業加入聯盟,藉由大家共同的努力,提昇國內此一產業的技術水準。

為了方便會員的聯繫,我們於新竹特設一服務窗口:

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