CCD KAMERA KULLANARAK SAYISAL GÖRÜNTÜ İŞLEME YOLUYLA GERÇEK ZAMANLI GÜVENLİK UYGULAMASI

Transkript

1 CCD KAMERA KULLANARAK SAYISAL GÖRÜNTÜ İŞLEME YOLUYLA GERÇEK ZAMANLI GÜVENLİK UYGULAMASI Serhan COŞAR Oğuzhan URHAN M. Kemal GÜLLÜ İşaret ve Görüntü İşleme Laboratuvarı Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü Veziroluğu Yerleşkes Kocaeli Üniversites 4040, KOCAELİ ÖZET Bu çalışmada, öncelikle bir görüntü yakalama (frame grabber) kartı ile kişisel bilgisayara bağlanan, yüksek hızda görüntü yakalayabilen bir CCD kamera kullanılarak, güvenliği sağlanmak istenen ortamın sayısal görüntüleri elde edilmektedir. Ardışıl imge çerçevelerinin blok bazlı farkına bağlı olarak ortamdaki hareketli cisim algılanmakta ve bu durumda elde edilen sayısal görüntüler öncelikle bilgisayarda saklanmakta, daha sonra isteğe bağlı olarak bir FTP sunucusuna aktarılmaktadır. Sunucuya aktarılan görüntüler ile güvenliği sağlanmak istenen ortama kimlerin girdiği Internet üzerinden gözlenebilmektedir. GÜVENLİK SİSTEMLERİNE GENEL BİR BAKIŞ Birçok güvenlik sisteminde, ısı yayan belli bir hacimdeki cismin hareketini algılayan PIR algılayıcılar, pencere ve kapı gibi açılabilen yerlere yerleştirilebilen manyetik kontak ve cam kırılma algılayıcısı gibi donanımlar kullanılarak evlerin ve işyerlerinin güvenliği sağlanmaya çalışılmaktadır. Algılayıcılardan uyarı gelmesi durumunda sesli ve ışıklı uyarı ile güvenliği geçmeye çalışan kişi caydırılmaya çalışılmaktadır. Bu tip sistemlerde aynı zamanda telefon aracılığı ile uzaktaki bir kişi alarm durumunda uyarılabilir. Bu durumda güvenliği aşmaya çalışan kişi caydırılsa bile kimliği tespit edilememektedir. Analog kamera kullanılarak yapılan kapalı devre çekimlerde ise güvenlik ihlali tespit edilse bile bir uyarı ile kişi caydırılamamaktadır. Analog kamera kullanılarak yapılan çekimlerde bir görevlinin sürekli olarak kaydı izlemesi ve güvenlik ihlali yapıldığını görmesi durumunda müdahale etmesi gerekir. Şekil- de bu mantıkla çalışan bir sistemin yapısı görülmektedir. Son yıllarda bu güvenlik kayıtları sayısal ortamda da yapılmaktadır. Şekil- Analog kamera ile güvenlik uygulaması

2 Bu çalışmada ise CCD kamera ile elde edilen sayısal görüntü kullanılarak ortama giren yabancı kişi veya nesne otomatik olarak algılanmakta, yabancı cismin algılanması durumunda elde edilen görüntüler öncelikle bilgisayara, daha sonra isteğe bağlı olarak bir FTP sunucuya aktarılmaktadır. Böylece, yalnızca güvenlik ihlali yapıldığında yabancı cismin görüntüleri elde edilebilmektedir. Kameranın bağlı olduğu bilgisayara zarar verilse dah güvenlik ihlaline ait görüntüler gerçek zamanlı olarak FTP sunucuya aktarıldığından, bu görüntüler kullanılarak ihlali yapan nesne tespit edilebilir. ÖNERİLEN SİSTEMİN ÇALIŞMASI Yukarıda bahsedilen güvenlik uygulamasında kameranın sabit olduğu varsayıldığında, görüntü işleme yoluyla ortamdaki değişimi algılamanın en temel yolu, arka arkaya yakalanan imgelerin mutlak farkının, imgeyi oluştan toplam piksel sayısına oranının belirli bir eşiği geçip geçmemesinin tespitidir. Bu durum matematiksel olarak; w h OÇF( t) = I t ( x, y) I t ( x, y) > E () w h x= y= şeklinde ifade edilebilir. Burada OÇF, ortalama çerçeve farkını; I t, o anki yakalanan çerçeveyi; I t-, bir önceki çerçeveyi; w, yakalanan imgenin yatay piksel boyutunu; h, düşey piksel boyutunu; (x,y), ilgili pikselin konumunu ve E ise eşik değerini göstermektedir. Kullanılan sistemde yakalanan imgelerin piksel boyutu 400x400 olarak seçilmiştir. Şekil-2 de arka arkaya yakalanan iki imge çerçevesi ve bu çerçevelerin farkının 5 değeri ile eşiklenmesi sonucu elde edilen imge görülmektedir. Şekil-2 Arka arkaya gelen çerçeveler ve bu çerçevelerin eşiklenmesi sonucu oluşan imge Fark imgesinde nesne hareketi görsel olarak kolayca ayırt edilmekle birlikte, kamera sensöründen kaynaklanan gürültü de görülmektedir. Sensörden kaynaklanan bu gürültünün hatalı alarm vermesini engellemek için kullanılacak eşik büyük tutulabilir ancak bu durumda yavaş hareketlerin algılanması zorlaşacaktır. Bu nedenle bütün imgenin farkının alınması yerine, imge 40x40 piksel boyutunda bloklara bölünüp blok bazlı mutlak farkın belirli bir eşiği aşması durumunda alarm verilmesi sağlanmıştır. Şekil-3 de bloklara bölünmüş bir imge görülmektedir.

3 Şekil-3 Bloklara ayrılmış imge Şekil-3 de YBS, yatay blok sayısını; DBS, düşey blok sayısını, B ij ise (. bloğu göstermektedir. Blok farkı için tanımlanan metrik (2) de verilmektedir. YBU DBU OMBF( t, = B( t, B( t, > E YBU DBU i= j= 2 (2) Bu eşiklikte OMBF, ortalama mutlak blok farkını; YBU, bloğun yatay piksel uzunluğunu; DBU, bloğun düşey piksel uzunluğunu göstermektedir. Her bir blok için elde edilen OMBF metriğinin, önceden belirlenmiş hareket eşiğini (E 2 ) aşıp aşmadığı kontrol edilmektedir. Eğer belirlenen hareket eşiği aşılırsa bu, ilgili blok için hareketli bir nesne yakaladığı anlamına gelmektedir. Yani bir güvenlik ihlali söz konusudur. Aslında, ortalama mutlak blok farkı hesaplanırken, () deki işlem her bir blok için ayrı ayrı yapılmıştır. Böylece, sensör gürültüsünden kaynaklanan hatalı algılamaların önüne geçilmiş ve yavaş hareket eden nesnelerin kolayca algılanması sağlanmış olur. Sistemde arka arkaya gelen çerçevelerin farkı kullanıldığından, sistem yavaş ışıklılık değişimleri (güneşin doğuşu ve batışı gibi) durumunda alarm vermemektedir. Şekil-4 de bir güvenlik ihlali durumunda blok bazlı çerçeve farkı kullanılarak elde edilen görüntüler verilmektedir. Şekil-4 Güvenlik ihlali tespiti durumunda yakalanan imge çerçeveleri

4 Şekil-4 de görüldüğü gib bu çalışmada önerilen sistem, güvenliği sağlanmak istenen ortama yabancı cisim girişini başarıyla algılamaktadır. Bu amaçla geliştirilen programın arayüzü Şekil-5 de görülmektedir. Şekil-5 Güvenlik sistemi programının arayüzü Şekil-6 de bu çalışmada kullanılan CCD kamera ve görüntü yakalama kartı görülmektedir. Bu sistem sayesinde saniyede 25 çerçeve yakalanabilmektedir. Şekil-6 Sistemde kullanılan CCD Kamera (MegaPlus ES30 Turbo) ve Görüntü Yakalama Kartı (NI 424) SONUÇ Bu çalışmada geliştirilen bilgisayar programı kullanılarak, bir CCD kamera ile alınan görüntüler sayısal görüntü işleme ile işlenmekte ve güvenliği sağlanmak istenen ortama yapılan izinsiz girişler algılanmaktadır. Güvenlik ihlaline ilişkin görüntüler daha sonra kullanılmak üzere bilgisayara kaydedilmekte ve/veya bir FTP sunucusuna gönderilmektedir. Bu çalışmada kullanılan CCD kamera ve görüntü yakalama kartı yerine, maliyeti 20$ civarında olan bir CMOS web kamerası da kullanılabilir. Böylece, birçok işyerinde ve evde kullanılan bilgisayara takılacak bir web kamerası ile bir işyerinin veya evin güvenliği düşük maliyetle sağlanabilir. Ayrıca sisteme eklenecek basit bir sesli uyarı mekanizması ile güvenliği sağlanmak istenen ortama giren kişi caydırılabilir.

5 KAYNAKLAR [] O. Urhan, Sayısal İmge İşleme, Elektronik ve Haberleşme Mühendisleri Platformu Web Bülten Kasım [2] O. Urhan ve S. Ertürk, ''Arkaplan Kaydına Dayanan Blok Bazlı Hızlı Video Nesne Bölütlemesi'',. Sinyal İşleme ve İletişim Uygulamaları Kurultayı (SİU'2003) Bildirileri Kitabı, 8-20 Haziran 2003, İstanbul, TÜRKİYE, pp [3] S. Ertürk, Digital Image Processing, NI Developper Zone, [4] (20 Ağustos 2004). [5] (20 Ağustos 2004).