Pod czujnym okiem kamer

Systemy inteligentnego monitoringu wizyjnego, oplatające coraz gęstszą pajęczyną ulice polskich miast, śmiało wkraczają również do hal produkcyjnych. Zaawansowane funkcje analizy obrazu, w jakie są wyposażone, nie tylko zwiększają bezpieczeństwo pracowników i obiektów, ale także optymalizują procesy produkcyjne i podnoszą wydajność przedsiębiorstw.

Oferujące inteligentne funkcje analizy wideo systemy monitoringu wizyjnego są następcami telewizji przemysłowej (CCTV, ang. Closed Circuit Television), czyli analogowych rozwiązań składających się z wielu kamer o stosunkowo niskiej rozdzielczości, centrum z monitorami i klawiatury sterującej. Umożliwiają one obserwację wielu miejsc jednocześnie w jednym budynku. W monitoringu CCTV IP, czyli najnowocześniejszej formie dozoru wideo, transmisja sygnałów wizyjnych wykorzystuje istniejącą infrastrukturę sieci LAN/WAN lub sieci internetowej.

Architektura takich systemów pozwala z dużą elastycznością tworzyć bardzo rozległe instalacje z nieograniczoną liczbą kamer oddalonych od siebie na dowolną odległość, dzięki czemu znakomicie sprawdza się w przypadku kontroli rozproszonych budynków zakładów przemysłowych i terenów położonych między nimi.

 

Kluczem jest zmiana

Systemy inteligentnego monitoringu wideo zaczęto wdrażać na świecie stosunkowo niedawno. Ich „inteligencja” kryje się w module analizy – chodzi tu o zdolność do precyzyjnego rozpoznawania zmian zachodzących w przetwarzanym obrazie. Ich uchwycenie możliwe jest dzięki wcześniejszemu zdefiniowaniu warunków wzorcowych. Wszelkie odstępstwa od nich są potem rozpoznawane przez system jako potencjalnie niebezpieczne i powodują uruchomienie alertów. Aktywacja alarmu następuje po spełnieniu zaprogramowanych wcześniej warunków lub zaistnieniu zdefiniowanych z góry sytuacji: długości czasu trwania danego stanu czy obrania nietypowego kierunku ruchu pojazdu w hali produkcyjnej. W ten sposób wykrywana jest np. kolizja pojazdów – poprzez rozpoznanie zdarzenia nieproporcjonalnie długiego przebywania wózków widłowych w określonej strefie. Na podobnej zasadzie system „zauważa” zmiany w strefach załadunku, przeładunku i składowania palet, a także rejestruje ruch w obszarach z niego wyłączonych, w pobliżu dróg pożarowych i wyjść awaryjnych.

 

Rozpoznają i alarmują

Jedną z nietypowych sytuacji, definiowanych jako potencjalnie niebezpieczne, jest sytuacja, w której pracownik znajduje się w pozycji leżącej, np. na skutek zasłabnięcia lub wypadku. System rozpoznaje go jako „obiekt o określonych gabarytach, który pozostaje w bezruchu”. Inną predefiniowaną sytuacją jest pojawienie się lub zniknięcie obiektów z określonej strefy. Na tej zasadzie działa funkcja wykrywania kradzieży, automatycznie uruchamiająca alarm w momencie zniknięcia przedmiotu, oraz opcja wykrywania pozostawionych obiektów w miejscu, w którym ich być nie powinno.

Kolejne zdarzenie rozpoznawane jako możliwie niebezpieczne to pojawienie się zbiegowiska. System reaguje alarmem, gdy w obszarze linii produkcyjnej z jakiegoś powodu (np. wypadku przy pracy) przebywa większa od ściśle określonej liczba osób. Równie przydatna jest funkcja zliczania ludzi zapobiegająca tworzeniu się zatorów przy wejściach do i wyjściach z fabryki. Można ją wzbogacić o opcję wykrywania twarzy i wykonania ich zapisu w indeksie monitorowanych obiektów. Funkcją szczególnie istotną przy kontroli newralgicznych miejsc w fabryce jest sterowanie czujkami wejścia i wyjścia poprzez obraz wyświetlany na monitorze – np. kliknięcie szlabanu na podglądzie skutkuje jego podniesieniem i umożliwia transport materiałów roboczych przez daną strefę.

 

Transmitują i rejestrują

Realizacja tych wszystkich funkcji jest możliwa dzięki oprogramowaniu do zarządzania materiałem wideo, w które wyposażono rejestratory NVR (ang. Network Video Redorder), będące najważniejszym elementem inteligentnych systemów monitoringu. Do głównych zadań tych urządzeń należą: transmisja obrazu w czasie rzeczywistym bez opóźnień, jednoczesny zapis i podgląd obrazu z kilku kamer IP na jednym ekranie lub wielu monitorach tworzących tzw. ścianę wizyjną, a także uruchamianie alarmu w przypadku zaistnienia predefiniowanej reguły ruchu, np. przekroczenia wirtualnej linii.

Rejestratory umożliwiają rejestrację i archiwizację nagrań wideo na różnych nośnikach pamięci i są wyposażone w opcje przeszukiwania archiwum za pomocą filtrów według określonych kryteriów. Pozwalają na generowanie statystyk zdarzeń, np. kierunku przemieszczania się obiektów w obrębie monitorowanego obszaru, a także umożliwiają bezobsługowe sterowanie szlabanem lub bramą na podstawie tablic rejestracyjnych pojazdu.

 

Zaawansowane kamery

Rejestracja obrazu i jego inteligentna analiza nie byłyby możliwe bez zaawansowanych kamer cyfrowych. Kamery IP wykorzystywane w monitoringu CCTV IP niewiele mają wspólnego z ich analogowymi kuzynami – są to specjalistyczne urządzenia wizyjne umożliwiające zapis i przesyłanie obrazu po sieci IP. Dzięki unikalnemu numerowi IP, który posiada każda kamera, można ją łatwo zidentyfikować w sieci i nią zarządzać. Kamery IP przekazują obraz o wysokiej jakości (w przypadku tzw. kamer megapikselowych rozdzielczość obrazu przekracza milion pikseli), są wyposażone w funkcje obrotu w poziomie, pochylania i zbliżania (dzięki czemu mogą „podążać” za monitorowanym obiektem), a co najważniejsze – umożliwiają specjalistyczną analizę wideo rejestrowanego obrazu.

Coraz bardziej wyśrubowane parametry techniczne kamer cyfrowych w istotny sposób zwiększają możliwości ich zastosowania w warunkach przemysłowych. Wytrzymałe obudowy o dużym poziomie szczelności, podwójne szklane osłony zapobiegające osadzaniu się pary wodnej, wbudowane grzałki i wentylatory – wszystkie te udogodnienia umożliwiają pracę w wymagających warunkach hal produkcyjnych, w pomieszczeniach o bardzo niskiej lub wysokiej temperaturze czy dużej wilgotności. Są przydatne zwłaszcza wtedy, gdy podgląd odbywa się w miejscach nieprzyjaznych dla człowieka, np. w zbiornikach z trującymi chemikaliami czy piecach hutniczych. Ponadto wyposażenie kamer w emitujące silne wiązki światła promienniki podczerwieni IR LED gwarantuje prawidłową pracę w zmiennych warunkach oświetleniowych i pozwala na uzyskanie doskonałej jakości obrazu obiektów oddalonych nawet o 50 m i znajdujących się w całkowitej ciemności.

 

Nie tylko bezpieczeństwo

Elementem równie istotnym jak rejestracja obrazu przez kamery i jego analiza w czasie rzeczywistym jest historyczna ocena zebranego materiału. Specjalne moduły oprogramowania pozwalają na przeszukiwanie zebranych wcześniej danych według konkretnego kryterium i na ich podstawie identyfikują newralgiczne ogniwa związane z bezpieczeństwem. Pozwala to wdrożyć stosowne działania prewencyjne i zawczasu zapobiec realnym zagrożeniom.

Analizy służą również do innych celów: wspierają operacje statystyczne i zwiększają wiedzę o procesach zachodzących w przedsiębiorstwie. Dzięki temu w istotny sposób usprawniają pracę kierowników produkcji, logistyki, pracowników ochrony i administratorów dużych zakładów.

 

Kompatybilność systemów

Aby optymalnie wykorzystać wszystkie możliwości systemów wizyjnych, należy je odpowiednio wdrożyć. Najważniejsze czynniki, jakie trzeba wziąć pod uwagę, wyposażając obiekt w dozór wideo, to odpowiednia lokalizacja kamer i poprawna konfiguracja algorytmów przetwarzania obrazów. Osiągnięcie wysokiego poziomu skuteczności działania systemu wymaga często wielokrotnego, eksperymentalnego sprawdzenia wielu możliwych ustawień i konfiguracji kamer. Trzeba też mieć świadomość, że duża liczba przetwarzanych strumieni wideo i zdefiniowanych alertów będzie wymagać wydajnych serwerów i znacznych zasobów pamięci masowej. Niezbędna jest również odpowiednia infrastruktura sieciowa, zdolna obsłużyć ruch o znacznym natężeniu. Ten ostatni warunek nie powinien być trudny do spełnienia – nowoczesna struktura instalacji teletechnicznych jest nieodłącznym elementem funkcjonowania dużych zakładów produkcyjnych.

Warto też pamiętać, e wdrożenie inteligentnych rozwiązań wizyjnych wymaga często odpowiedniej konfiguracji z pozostałymi systemami ochrony stosowanymi w fabryce: kontrolą dostępu do budynków i urządzeń, urządzeniami biometrycznymi, elektronicznymi zabezpieczeniami do drzwi i bram, systemami identyfikacji na karty i kody, a także systemami kontroli osobistej. Powinny one być wzajemnie kompatybilne, co pozwoli na ochronę osób, mienia i obiektów na najwyższym poziomie skuteczności.

 

Jakość pod szklaną kontrolą

Odrębnym, ale równie ważnym obszarem zastosowania systemów wizyjnych jest kontrola jakości produktów, stanowiąca nieodłączny warunek każdego procesu wytwórczego w obliczu postępującej automatyzacji produkcji i coraz bardziej rygorystycznych norm. Wizyjne systemy kontroli jakości wspierają produkcję wielkoseryjną i taśmową w branży motoryzacyjnej, farmaceutycznej, elektronicznej, są wykorzystywane przy produkcji opakowań, kosmetyków, tworzyw sztucznych czy elementów AGD.

Monitorowanie jakości produktów przebiega według prostej zasady: obraz z kamer umieszczonych na linii produkcyjnej i obserwujących proces technologiczny jest dzięki specjalnemu oprogramowaniu poddawany analizie pod kątem jego zgodności ze wzorcem. Duża moc obliczeniowa systemów wideo i zaimplementowane w nich zaawansowane algorytmy sprawiają, że analizowana może być nie tylko geometria detalu, ale też jego wymiary, kolor, faktura i inne cechy fizyczne. Elementy z taśmy produkcyjnej można badać pod kątem uszkodzeń powierzchni czy brakujących fragmentów i w ten sposób kwalifikować jako prawidłowe lub wadliwe.

Nowoczesne systemy wizyjne pozwalają na wykonywanie precyzyjnych pomiarów elementów i całych obiektów, dzięki czemu skutecznie wspierają procesy sortowania i klasyfikacji podczas produkcji. Zaawansowane algorytmy rozpoznawania obrazu ułatwiają sterowanie pracą robota przy paletyzacji i segregacji elementów, a także pozwalają na precyzyjne i sprawne przeprowadzenie operacji montażu bardziej skomplikowanych elementów. Jednym z klasycznych przykładów zastosowań narzędzi wizyjnych jest odczytywanie i weryfikacja alfanumerycznych znaków znajdujących się bezpośrednio na częściach oraz wydrukowanych na etykietach, a także odczytywanie kodów kreskowych.

Wizyjne systemy kontrolne eliminują wadliwe elementy, identyfikują tymczasowe miejsca powstawania braków i w ten sposób bezpośrednio przyczyniają się do obniżenia kosztów produkcji. Są też niezastąpionym źródłem informacji o procesie produkcyjnym – jego zdolności, płynności czy punktach krytycznych, przez co umożliwiają jego optymalizację.

Dużą zaletą „kontrolerów jakości” w wersji wideo jest ich wydajność: bardzo duża szybkość i powtarzalność analiz (od kilku do kilkudziesięciu na sekundę) oraz możliwość nieprzerwanej pracy przez 24 godziny na dobę. Co ważne, analizy wizyjne służą nie tylko bezpośredniej kontroli jakości, ale też są wykorzystywane w dalszych etapach produkcji i do tworzenia statystyk. Precyzja i efektywność tego rodzaju kontroli są tak wysokie, że ryzyko wyprodukowania produktu niespełniającego wymagań jakościowych praktycznie obniża się do minimum.

 

Długa lista zalet

Trudno przecenić korzyści, jakie wynikają z instalacji w halach przemysłowych nowoczesnych systemów wizyjnych. Nie tylko podnoszą one bezpieczeństwo pracy i procesów produkcyjnych czy zmniejszają liczbę wypadków związanych z obsługą maszyn, ale też chronią przed kradzieżami i dewastacjami. Pozwalają na zdalną kontrolę pracowników, w istotny sposób zwiększając wydajność pracy, a więc i zyski. Porządkują i optymalizują procesy produkcyjne i organizacyjne, dostarczają informacji mających istotny wpływ na rozwój przedsiębiorstwa, ograniczają straty związane z produkcją elementów o obniżonej jakości, mogą też skutecznie zabezpieczać przed sabotażem ze strony konkurencji. Lista korzyści jest bezpośrednio zależna od zaimplementowanych w systemach wizyjnych zaawansowanych funkcji, których spektrum zwiększa się wprost proporcjonalnie do rozwoju nowych technologii – czyli w tempie rekordowym.


Weronika Miodowska