ЛОКАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ВИДЕОАНАЛИТИКИ Российский патент 2024 года по МПК G06V10/70 

Предлагаемое изобретение относится к области систем интеллектуального видеонаблюдения и может быть использовано для видеонаблюдения за оборудованием и сотрудниками производственных помещений с целью предотвращения возникновения нештатных ситуаций, связанных с нарушением требований промышленной безопасности.

Известно локальное устройство видеоаналитики (US 2011/0050947 A1, заявитель VIDEOIQ INC, опуб.2011-03-03 - Л.1), включающее схемотехническое решение, программное решение и конструкторское решение, позволяющее выполнять задачи по распознаванию входящего от внешних камер видеоизображения в индустриальных условиях применения со встроенным алгоритмом выдачи карточек событий в вышестоящую систему управления.

Недостатком известного устройства являются его высокие требования к энергопотреблению, а также высокая сложность разъемных соединений с материнской платой.

Прототипом предлагаемого изобретения является платформа NVIDIA Jetson, ведущая платформа для автономного транспорта и роботов, а также других встраиваемых приложений (https://www.nvidia.com/ru-ru/autonomous-machines/embedded-systems/). Она включает в себя компактные высокопроизводительные модули Jetson, SDK NVIDIA JetPack™ для ускорения программного обеспечения и экосистему партнеров, предлагающих датчики, SDK, сервисы и продукты для ускорения разработки. Jetson совместима с тем же программным обеспечением на базе искусственного интеллекта и облачными технологиями, которые используются на других платформах NVIDIA. Она обеспечивает производительность и энергоэффективность для построения программно-определяемой инфраструктуры автономных машин.

Принципиальное отличие локального устройства видеоаналитики ЕТРЦ.466459.001 от прототипа заключается в ориентации конструктивного, схемотехнического и программного решения на видеоаналитику с возможностью накопления, структурирования данных и создания карточек событий на основании обработанной информации с целью предотвращения негативных факторов.

Кроме того, отличие от NVIDIA Jetson заключается в:

1. Использование в локальном устройстве видеоаналитики ЕТРЦ.466459.001 в качестве загрузчика открытых Linux-ориентированных решений (отказ от проприетарных решений в области программного обеспечения);

2. Локальное устройство видеоаналитики ЕТРЦ.466459.001 представляет из себя законченное техническое решение, обеспечивающее в том числе конструктивную защиту от внешних воздействующих факторов за счет использования защитных заглушек разъемов и алюминиевой крышки с силиконовым уплотнителем, и исключающее перегрев электроники.

Задачами предлагаемого изобретения являются повышение безопасности производственного процесса, снижение рисков простоев, повышение скорости реакции на внештатные ситуации.

Технический результат – создание возможности распознавания нештатных событий, а также интеграция с системами оповещения более высокого иерархического уровня.

Указанный технический результат достигается локальным устройством видеоаналитики, включающим корпус с разъемами и крышкой с силиконовым уплотнением, а также материнскую плату, на которую установлены система-на-модуле с нейронным процессором, модуль датчика температуры, устройство запуска системы, разъемы для подключения кулера, вводного питания, подключения к сети Ethernet, порты USB, слот для подключения SD-карты, разъем microUSB, преобразователи питания, микросхемы защиты, супервизоры, стабилизаторы питания, интерфейсы отладки и разъемы для подключения периферии, при этом крышка с силиконовым уплотнением одновременно служит радиатором пассивного охлаждения, система-на-модуле включает программное обеспечение, позволяющее осуществлять декодирование и аналитику входящего видеопотока, материнская плата выполнена с возможностью самодиагностики, считывая данные с датчика температуры, слот для подключения SD-карты включает программное обеспечение, обеспечивающее автоматическую реализацию алгоритмов сбора и обработки данных с видеокамеры, при этом на вход система-на-модуле оснащена линией вольт постоянного тока.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана общая схема устройства, на фиг. 2 – общий вид локального устройства видеоаналитики ЕТРЦ.466459.001, на фиг. 3 – защитная заглушка, на фиг. 4 – алюминиевая крышка с силиконовым уплотнением, на фиг. 5 – DIN-рейка, на фиг. 6 – печатная материнская плата, на фиг. 7 – структурная схема платы системы-на-модуле, на фиг. 8 – структурная схема материнской платы.

Локальное устройство видеоаналитики ЕТРЦ.466459.001 представляет собой аппаратно-программный комплекс для обработки видеоинформации с камер видеонаблюдения и предназначено для работы в составе ПАК «Видеоаналитики», который обеспечивает автоматизацию получения и обработки данных с видеокамеры для определения и распознавания различных объектов и событий, а также организации передачи информации о распознанных объектах и событиях на сервер бизнес-логики.

Локальное устройство видеоаналитики ЕТРЦ.466459.001 состоит из корпуса 1 с установленными разъемами 2, 3, 4 с защитными заглушками 5 и алюминиевой крышкой с силиконовым уплотнением 6, которая одновременно служит радиатором пассивного охлаждения. Разъем 2 – RJ45 – 1 шт, разъем 3 – OL1312S2 – 1 шт, разъем 4 YU-USB3-JSX-01-001 – 2 шт. Для монтажа корпуса 1 предусмотрены два DIN-держателя, которые крепятся к нижней части корпуса 1 винтами и фиксируются на DIN-рейке 7.

Печатная материнская плата 8 размещена в корпусе 1. Материнская плата 8 предназначена для расположения набора компонентов и модулей, необходимых для обеспечения общей производительности локального устройства видеоаналитики ЕТРЦ.466459.001, а также для осуществления связи между всеми подключенными к ней элементами и координации их работы.

На печатную материнскую плату 8 установлены модуль датчика температуры 9 (рабочий диапазон от -55 до +125 °C), устройство запуска системы 10, разъем для подключения кулера 11, разъем для подключения вводного питания 12, разъем для подключения к сети Ethernet 13 с функцией пассивного PoE, два порта USB 3.0 14 – один сдвоенный разъем, слот для подключения SD-карты 15, разъем microUSB 16.

Также на печатной материнской плате 8 установлена система-на-модуле 17 (SoM-модуль). SoM-модуль 17 является основным вычислительным узлом всего локального устройства видеоаналитики ЕТРЦ.466459.001, обеспечивает обработку всех данных с периферии и выдает соответствующие задачи подключенным исполнительным устройствам.

Основу SoM-модуля 17, установленного на материнской плате 8, составляет нейронный процессор 18 i.MX8M+ от фирмы «Solidrun», обеспечивающий следующие основные характеристики для программного обеспечения:

• 4x Arm® Cortex-A53 — процессор с четырьмя ядрами и частотой до 1.8 ГГц;

• 1x Arm® Cortex-M7- одно ядро процессора для работы с векторами и математическими операциями с числами с плавающей точкой с частотой до 800 МГц;

• Cadence® Tensilica® HiFi4 DSP — процессор для обработки оцифрованных сигналов, в том числе голоса и естественного языка с частотой до 800 МГц;

• Neural Processing Unit - Нейронный процессор 2.3 TOPS.

На вход SoM-модуль 17 требует только одну линию 5 вольт постоянного тока (ВПТ), что позволяет упростить систему питания для материнской платы 8. Материнская плата 8 также содержит в себе преобразователи питания 19, интерфейсы отладки 16 и разъемы для подключения периферии 20.

Питание локального устройства видеоаналитики ЕТРЦ.466459.001 осуществляется двумя способами: по каналу Ethernet с использованием технологии Passive PoE, либо по 12 ВПТ линии. При подключении с использованием технологии Passive PoE мощность составляет до 71.3 Вт, при подключении по 12 ВПТ линии – до 100 Вт (с учетом возможных дополнительных периферийных отладочных интерфейсов). Входное напряжение соответствует стандарту PoE и составляет 36-57 ВПТ. Максимальное энергопотребление без подключения периферии составляет до 45 Вт.

После вводного питания 12 на материнской плате 8 находятся микросхемы защиты и супервизоры (ток/напряжение), а также стабилизаторы питания для всех потребителей: +5 В (основная шина питания), +3.3 ВПТ (основная шина питания логических микросхем), +12 ВПТ стабилизированные (для RS485).

Устройство работает следующим образом.

Локальное устройство видеоаналитики ЕТРЦ.466459.001 получает видеопоток с камер и задачи от бизнес-логики через разъем Ethernet 13. Автоматическая реализация алгоритмов сбора и обработки данных с видеокамеры происходит за счет программного обеспечения локального устройства видеоаналитики, которое размещено на SD-карте в слоте 15. За счет программного обеспечения локального устройства видеоаналитики, на SoM-модуле 17 платы 8 происходит декодирование и аналитика видеопотока. В ходе аналитики видеопотока могут быть задействованы нейронные сети, работа которых оптимизирована под нейронный процессор, расположенный на SoM-модуле 17. По результату работы с потоком формируются карточки событий в соответствии с подключенными модулями аналитики. Сформированное событие через разъем Ethernet 13 передается обратно на сервер бизнес-логик. Материнская плата 8 осуществляет самодиагностику, считывая данные с датчика температуры 9.

Программное обеспечение, размещенное на SD-карте в слоте 15 для ЛУ видеоаналитики предназначено для обеспечения автоматической реализации алгоритмов сбора и обработки данных с видеокамеры и передачи обработанной информации на сервер бизнес-логики.

Встроенное ПО изделия имеет следующий функционал:

- Получение видеопотока от видеокамер;

- Декодирование видеопотока;

- Формирование данных об инцидентах, обнаруженных на этапе первичного анализа;

- Интеграция программных детекторов – модулей аналитики;

- Обнаружение пересечение периметра: выставление зон на кадре, обнаружение нахождения и пересечения этих зон как любыми предметов, так и заданных (людей или автомобилей);

- Работа следующих типичных алгоритмов видеоаналитики: обнаружение движения: выделение областей кадра с подвижными объектами в заданной области видеопотока, обнаружение движения только заданных объектов;

- Трекинг объектов: позволяет отслеживать перемещение объекта и фиксировать время его появления в кадре;

- Построение тепловой карты по перемещению человека и по наличию движений общего характера в отмеченной области кадра;

- Определение направления движения объекта в кадре;

- Осуществлять подсчет времени нахождения человека в обозначенной области или в кадре;

- Наложение визуализации результатов аналитики на видеоизображение объекта с отметками о времени и другой сопроводительной информацией о зафиксированном событии;

- Передача сообщений на центральный сервер консолидированной видеоаналитики путём генерации пакетов данных, состоящих из визуальных (статических или видео) данных и метаинформации, полноценно описывающей событие в рамках формата АРI протокола сообщений центрального сервера.

Предлагаемое изобретение позволяет выполнять сложные вычисления нейросетевых алгоритмов, включая систему, рассчитанную систему радиатора для отведения тепла. Класс защиты устройства IP55.

Настоящее техническое решение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в создании возможности распознавания нештатных событий, а также интеграции с системами оповещения более высокого иерархического уровня. Технический результат достигается за счёт того, что устройство включает корпус с разъемами и крышкой с силиконовым уплотнением, а также материнскую плату, на которую установлены система-на-модуле с нейронным процессором, модуль датчика температуры, устройство запуска системы, разъемы для подключения кулера, вводного питания, подключения к сети Ethernet, порты USB, слот для подключения SD-карты, разъем microUSB, преобразователи питания, микросхемы защиты, супервизоры, стабилизаторы питания, интерфейсы отладки и разъемы для подключения периферии, при этом крышка с силиконовым уплотнением одновременно служит радиатором пассивного охлаждения, система-на-модуле включает программное обеспечение, позволяющее осуществлять декодирование и аналитику входящего видеопотока, материнская плата выполнена с возможностью самодиагностики, считывая данные с датчика температуры, SD-карта содержит программное обеспечение, обеспечивающее автоматическую реализацию алгоритмов сбора и обработки данных с видеокамеры, при этом на вход система-на-модуле оснащена линией вольт постоянного тока. 8 ил.

Локальное устройство видеоаналитики, включающее корпус с разъемами и крышкой с силиконовым уплотнением, а также материнскую плату, на которую установлены система-на-модуле с нейронным процессором, модуль датчика температуры, устройство запуска системы, разъемы для подключения кулера, вводного питания, подключения к сети Ethernet, порты USB, слот для подключения SD-карты, разъем microUSB, преобразователи питания, микросхемы защиты, супервизоры, стабилизаторы питания, интерфейсы отладки и разъемы для подключения периферии, при этом крышка с силиконовым уплотнением одновременно служит радиатором пассивного охлаждения, система-на-модуле включает программное обеспечение, позволяющее осуществлять декодирование и аналитику входящего видеопотока, материнская плата выполнена с возможностью самодиагностики, считывая данные с датчика температуры, SD-карта содержит программное обеспечение, обеспечивающее автоматическую реализацию алгоритмов сбора и обработки данных с видеокамеры, при этом на вход система-на-модуле оснащена линией вольт постоянного тока.