Разработка и реализация WEB-сервисов для сравнения и обработки видеоизображений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат физико-математических наук Близнюк, Алексей Владимирович

• Близнюк, Алексей Владимирович
• кандидат физико-математических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Близнюк, Алексей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ И ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ.

1.1 Обзор систем видеонаблюдения.

1.1.1 Системы с видеорегистратором (DVR).

1.1.2 Компьютерные системы видеонаблюдения.

1.1.3 Сетевые системы видеонаблюдения.

1.2 Методы обработки видеоизображений.

1.2.1 Введение в видеоизображения.

1.2.2 Попиксельный метод.

1.2.3 Коэффициент Пирсона.

1.2.4 Коэффициент Спирмена.

1.2.5 Дискретное преобразование Фурье.

1.2.6 Обзор других методов.

2 СИСТЕМА ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ С ОБЩИМ СЕРВЕРОМ В СЕТИ ИНТЕРНЕТ.

2.1 Введение.

2.2 Сис гема видеонаблюдения.

2.2.1 Существующие системы наблюдения.

2.2.2 Новая модель системы видеонаблюдения.

2.2.3 Конкурентные решения.

2.2.4 Особенности системы наблюдения основанной на WEB сервисах.

2.2.5 Несколько сценариев использования.

2.3 Компоненты СОМ в реализации модуля захвата данных с видеокамер.

2.3.1 Введение.

2.3.2 Технология СОМ.

2.3.3 Основные понятия.

2.3.4 Версии компонента СОМ.

2.3.5 Интерфейсы СОМ.

2.3.6 Контракт интерфейса.

2.3.7 Выделение и освобождение памяти.

2.3.8 Типы СОМ.

2.3.9 Построение и использование СОМ средствами VC++.

2.3.10 Порядок построения компонента.

2.3.11 Файл IDL.

2.3.12 Определение пользовательского интерфейса.

2.3.13 Реализация интерфейсов.

2.3.13.1 Фабрика классов для интерфейса.

2.3.14 Работа с системным реестром.

2.3.15 Статические объекты.

2.3.16 Создание файла DLL.

2.3.17 Создание клиентского приложения.

2.3.18 Анализ технологии СОМ.

2.3.19 Компоненгы .NET.

2.3.20 JavaBeans.

2.3.21 Достоинства и недостатки СОМ.

2.3.22 Будущее СОМ.

2.3.23 Использование СОМ на практике.

2.4 Поиск различий на изображениях.

2.4.1 Прямое, обратное и свойства.

2.4.2 Дискретное преобразование Фурье.

2.4.3 Применение преобразования Фурье.

3 РЕАЛИЗАЦИЯ И РЕЗУЛЬТА ТЫ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ

МЕТОДОВ И СРЕДСТВ.

3.1 Разрабо гка системы видеонаблюдения с общим сервером в сети Интернет.

3.1.1 Описание системы.

3.1.2 Прототип системы.

3.1.3 Разработка технических характеристик модернизированных локальных систем видеонаблюдения.

3.1.4 Расчет потребляемых ресурсов системы наблюдения.

3.1.5 Архитектура системы и отдельных ее час гей.

3.1.6 Описание интерфейса WEB модуля.

3.1.7 Обусловленность выбора технологий.

3.1.8 Создание каркаса для взаимодействия отдельных частей системы, отдельных ее компонент.

3.1.9 Создание пользовательского интерфейса клиентского приложения.

3.1.10 Модуль лицензирования.

3.1.11 Модуль хранения записей.

3.1.12 Сохранение конфигурации системы.

3.1.13 Поддержка работы с 1Р камерами.

3.1.14 Конвертирование записей в другие видео форматы.

3.1.15 Создание прототипа многопользовательской системы.

3.1.16 Доработка основных узлов системы, отвечающий за получение, передачу и хранение информации.

3.1.17 Тестирование системы в реальных условиях.

3.1.18 Разработка детектора движения с помощью дискретного преобразования Фурье

3.1.19 Реализация.

3.1.20 Описание реализации.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и реализация WEB-сервисов для сравнения и обработки видеоизображений»

На сегодняшний день, в связи с постоянным увеличением объемов передаваемых и хранимых данных, очень актуальной является тема оптимизации существующих программно-аппаратных систем, призванных обрабатывать, передавать и хранить информацию. В данной диссертационной работе рассматривается обработка графических изображений большого размера до нескольких терабайт, и на обработку которых тратится большое количество ресурсов.

В связи с этим актуальной проблемой становится создание программного комплекса способного максимально быстро и минимальными затратами вести обработку видеоизображения, хранить и передавать его по компьютерным сетям. Одним из примеров такого программно-аппаратного комплекса может быть система видеонаблюдения, где имеются все вышеперечисленные сложности.

1. Актуальность работы. Диссертационная работа посвящена созданию программного комплекса, представляющего собой набор \уеЬ-сервисов. призванных облегчить и перенести задачу обработки видеоизображений на общедоступный сервер, обладающий намного большими вычислительными мощностями. Рассмотрены решения проблем передачи и хранения больших объемов информации. Разработаны метода обработки изображений, позволяющих делать это максимально быстро, при этом учитывая помехи.

2. Цели и задачи диссертационной работы заключаются в разработке программно-аппаратного комплекса основанного на \уеЬ-сервисах. позволяющего сократить ресурсоемкие затраты па клиентской машине с помощью передачи задач на сервер, имеющий большие вычислительные мощности. Практическим результатом работы является система видеонаблюдения с общим сервером в сети Интернет.

Для достижения цели в работе решены задачи:

• разработан набор \¥еЬ-сервисов для обработки, передачи и хранения видеоизображений

Разработан и реализован быстрый алгоритм сравнения двух графических изображений с учетом помех

• Разработана и реализавана библиотека функций для работы с изображениями: сравнения изображений различными методами, изменения яркости, изменения размеров

• Разработан и реализован пользовательский интерфейс для управления разработанной системой обработки изображений

Разработка и результаты решения этих задач выносятся на защиту.

3. Предметом исследования являются методы работы с видеоизображениями, хранения и передачи больших объемов данных.

4. Методы исследования. Для исследования возможностей системы был использован метод моделирования отдельных частей системы и применения к ним эмпирических метрик, что дало возможность доподлинно установить на реальных экспериментах возможности и технические характеристики будущей системы.

5. Обоснованность и достоверность программного обеспечения получены путем тестирования и использования программно-аппаратного комплекса на реальных объектах.

6. Научные результаты и их новизна. В ходе диссертационной работы разработаны web-сервисы для работы с видеоизображением. Суть этой работы сводится к следующему: создан программно-аппаратный комплекс, представляющий собой систему видеонаблюдения, не имеющей аналогов. Получен патент на полезную модель из федерального института промышленной собственности Российской Федерации № 90230, «Система видеонаблюдения с общим сервером в сети Интернет», автор Близнюк A.B., заявка № 2009113530, на 8 страницых, включая описание, реферат, формулу полезной модели и схемы; - разработаны способы передачи больших объемов информации без потери производитель! i о сти; реализованы методы хранения видеоизображения на сервере системы; проанализированы и реализованы методы обработки видеоизображений, в результате чего получена библиотека, позволяющая максимально быстро сравнивать изображения с учетом помех; разработан новый алгоритм для поиска различий на изображениях;

7. Практическая значимость работы. Результатом работы является программно-аппаратный комплекс, позволяющий конечному пользователю значительно сократить свои затраты, а также имеющий ряд конкурентных преимуществ перед ближайшими аналогами.

8. Апробация работы. Основные выводы и результаты докладывались на конференции «Технологии Microsoft в теории и практике программирования», где автором было занято второе место и на конференции «Первый конкурс ИТ проектов», где автор занял первое место. В 2009 году был выигран правительственный грант Microsoft Старт 09. По материалам диссертации опубликованы 3 статьи, в том числе статьи из списка ВАК.

9. Внедрение. Разработанный аппаратно-программный комплекс внедрен на нескольких реальных объектах и получил положительные отзывы пользователей.

10. Структура и объем работы. Работа содержит введение, 2 главы и заключение. Объем работы 98 страниц, количество иллюстраций 8, список использованной литературы содержит 32 наименования.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Близнюк, Алексей Владимирович

4 Заключение

Целью работы являлась разработка программно-аппаратного комплекса для обработки видеоизображений, позволяющего снизить расходы ресурсов на машинах конечных пользователей и вынести основные ресурсоемкие операции на общий сервер. На сервере представлен набор WEB сервисов, доступный клиентским машинам по сети Интернет. Результатом исследований и разработок является система видеонаблюдение с онисанными выше свойствами. На сервере развернут набор сервисов, отвечающие за обработку, хранение и транспортировку видеоизображения. На клиентском компьютере установлен «тонкий» клиент, задача которого лишь в том, чтобы отобразить видео на мониторе оператора, при этом все ресурсоемкие операции выполняются на сервере.

Для достижения цели в работе решены задачи:

- анализ существующих методов обработки и сравнения изображений и создание программного модуля, позволяющего сравнить два графических изображения на сходство, при этом достаточно быстро и с учетом помех;

- решена проблема избавления от помех, при сравнении двух изображений;

- разработан способ хранения и передачи больших объемов данных; создан набор web-сервисов, занимающихся обработкой, передачей и хранением видеоизображений; разработана библиотека, включающая в еебя функции но работе е изображениями, такие как сравнение двух изображения различными методами, изменение яркости, изменение размеров; создан удобный пользовательский интерфейс, позволяющий эффективно управлять системой; реализован набор веб сервисов, позволяющий выполнять наиболее ресурсоемкие задачи.

Работа над проектом началась с того, что была создана библиотека ио обработке видеоизображений и клиентского приложения для нее. В 2009 году проект был представлен „а конкурс Майкрософт Бизнес Старт 09 и занял „а „ем второе место. Финансирование позволило резко ускроить разработку и уже через полгода появились первые объекты внедрения разрабатываемого продукта. Работой интересуются зарубежом: в Китае, Польше, странах Европы. Насчитывается более 600 пользователей по всему миру. Ведутся переговоры с потенциальными инвесторами.

Весной 2009 года проект занял второе место „а конференции «Технологии Майкрософт в теории и практике программирования» [31]. Опубликована статья «Система видеонаблюдения с общим сервером в сети Интернет» в журнале конферецции [1].

Осенью 2009 года проект занял первое место в конкурсе «Первый конкурс ГГ проектов».

Зимой 2009 года получен патент на полезную модель «Система видеонаблюдения с общим сервером в сети Интернет» [32]. по результатам диссертационной работы опубликовано 4 работы [1, 2, 3, 32], три из которых опубликованы в журналах, входящих в список ВАК.

В будущем планируется создание полномасштабного веб-портала, предоставляющего услуги по работе с изображениями: хранение, обработка, изменение размеров, распознавание номеров, лиц, избавление от «шумов».

Практические результаты, полученные в ходе выполнения работы, позволяют установить, что поставленные задачи решены в полном объеме и результаты работы востребованы на практике.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Близнюк, Алексей Владимирович, 2010 год

1. Близнюк A.B. Система видеонаблюдения с общим сервером в сети Интернет. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2009, Вып. 4, С. 141-147

2. Близнюк A.B. Создание и применение компонентов СОМ. // Вестник Санкт-Петербургского университета. 2010, Сер. 10, Вып. 1, С. 117-129

3. Близнюк В.А., Сафонов В.О. Система видеонаблюдения с общим сервером в сети Интернет. // Тезисы докладов конкурса-конференции "Технологии Microsoft в теории и практике программирования". СПб.: изд-во СПбГПУ, 2009, С. 19.

4. Лаврус B.C. Практика измерений в телевизионной технике. Издательство Солон, Москва, 1996

5. Демьяновски В. CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии. Издательство Ай-Эс-Эс Пресс, Москва, 2006.

6. Дьяконов В. Обработка сигналов и изображений. Издательство Питер. Санкт-Петербург, 2002.

7. Эш Рофейл, Яссер Шохауд. СОМ и СОМ+. Полное руководство. Издательство Энтроп. Москва. 2000.

8. Кристофер Таваре, Кира Фертитта, Бреит Ректор. ATL 8. Внутреннее строение и применение. Издательство Addison-Wesley. 2007.

9. Румянцев П. В. Программирование в Win 32 API. Издательство Горячая линия — Телеком. Москва. 2004.

10. Страуструп Бьерн. Язык программирования С++. Издательство Бином, Москва, 2001.

11. Мейерс Скотт. Эффективное использование С++. Издательство Питер, Санкт-Петербург, 2008.

12. Александреску Андрей. Современное проектирование на С++. Издательство Вильяме, 2008.

13. Троелсен Эндрю. С# и платформа .NET. Издательство Питер, Санкт-Петербург, 2008.

14. Фленов М. DirectX и С++. Издательство БХВ-Петербург. Санкт-Петербург, 2006.

15. Морони Лоуренс. Введение в Microsoft Silverlight. Издательство Microsoft Press, 2008.

16. Carson, С. and Ogle, V.E., Storage and Retrieval of Feature Data for a Very Large Online Image Collection. 1996.

17. Baigarova, N. S. and Bukhshtab, Yu. A., Some Principles of Organization for Searching through Video Data, Programming and Computer Software, Vol. 25, Nu. 3, 1999, pp. 165-170

18. Baron, J. L., Fleet, D. J., and Beauchemin. S. S., Performances of optical flow techniques. 1994.

19. Looney, C.G. /'Pattern Recognition Using Neural Networks. Theory and Algorithms for Engineers and Scientists". Oxford University Press, 1997.

20. Rowley, H.A., Baluja, S., and Kanade, Т., Neural Network-Based Face Detection, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1998.

21. J.L. Mannos, D.J. Sakrison "The Effects of Visual Fidelity Criterion on the Encoding of Images" // IEEE Transactions on Information Theory IT-20(4) 1974, pp. 525-536.

22. Ajeetkumar Gaddipatti, Raghu Machiraju, Roni Yagel "Steering Image Generation with Wavelet Based Perceptual Metric" // EuroGraphics-97, Volume 16, Number 3, pp.C-241 C-251.

23. Clein Scott. Professional WCF programming. WROX, 2007.

24. Robert E. Walters, Michael Coles, Robert Rae. Acceletatcd SQL Server 2008. Williams, 2008.

25. IP камеры // http://esmile.spb.ru

26. Википедия // http://ru.wikipedia.org

27. Сайт компании Pentabox. // http://www.pentabox.ru

28. Сайт компании Netavis. // http ://www.netavis.net/

29. MSDN. // http://msdn.microsoft.com/m-ru/default.aspx.

30. Сайт продукта. // http ://vkartinke.ru

31. IP камеры Foscam // foscam.ru

32. Патент на полезную модель «Система видеонаблюдения с общим сервером в сети Интернет». Автор Близнюк А. В. Дата регистрации 27 декабря 2009. Номер 90230