Камера робот для видеонаблюдения

Робот для видеонаблюдения на Raspberry Pi

Содержание статьи

Набор
О компьютере
Управление
Устанавливаем «глаза»
Сборка
Читателю

Все материалы сюжета:

Собираем роботов-самоходов на Arduino
Робот для видеонаблюдения на Raspberry Pi
Тестируем робота без самого робота

Arduino, безусловно, популярная и интересная платформа, но и у нее есть свои ограничения. Что, если тебе нужно использовать на роботе дополнительный софт? Подключать периферию? На помощь приходит хорошо знакомый Raspberry Pi.

В этой статье я покажу, как сделать управляемого по Wi-Fi робота с веб-камерой на базе Raspberry Pi. Эта платформа позволит нам работать со всем понятным Linux, с легкостью использовать любой нужный нам софт, а также задействовать почти любую периферию.

Набор

Raspberry Pi модели В — 2200 р.
Веб-камера — 1500 р.
Wi-Fi-донгл — 300 р.
Аккумулятор на 12 В 7 А • ч — 500 р.
Колесная база, провода и двигатели от какой-нибудь игрушки

О компьютере

Я использовал стандартный Raspberry Pi версии B, который обладает двумя USB-портами, Ethernet-портом и 512 Мб оперативной памяти. Также существует модель А, в которой есть только один USB-порт, 256 Мб памяти и отсутствует Ethernet. Такая плата более сложна в настройке, но зато ей нужно намного меньше питания.

В качестве ОС я выбрал стандартную Raspbian (оптимизированный под железо «малинки» Debian). Для установки операционной системы нам потребуется SD- или SDHC-карта объемом желательно не менее 4 Гб класса 10 и любой компьютер с кардридером. Сам процесс заливки довольно тривиален. Пользователям UNIX будет достаточно утилиты dd. Вставляем готовую карточку в «малинку», подключаем ее к сети, включаем любимый SSH-клиент. Стандартный логин pi, пароль — raspberry.

При первом запуске появится окно с конфигурациями — если этого не произошло, то его можно вызвать командой raspi-config. Нас волнует несколько пунктов:

Expand filesystem — расширение основного раздела на всю карту памяти. Иначе системе не будет доступно больше 4 Гб.
Change User Password — стандартный пароль лучше все-таки сменить.
Internationalisation Options — выставляем локаль ru_RU.UTF-8 UTF-8 и соответствующий часовой пояс.
Enable Camera — включение поддержки камеры. Потребуется для камер с DSI-интерфейсом (например, для официальной камеры), но в моем примере это не нужно, то есть можно поставить значение Disable.

Для того чтобы избавиться от сетевого кабеля, нужен поддерживаемый Wi-Fi-донгл. Я использовал D-Link DWA-110, а полный список есть в интернете (bit.ly/1cQXMFP). Расскажу немного о настройке:

Подключаем Wi-Fi к Raspberry.
Смотрим, определилась ли она

Получим что-то подобное:

Подключаемся к нашей сетке:

и проверим, подключились ли мы к точке доступа:

Управление

Для начала установим веб-интерфейс, через который мы будем управлять роботом. Я остановился на WebIOPi. Этот продукт разработан специально для применения RPi в автоматизации и робототехнике.

Установка интерфейса производится следующим образом:

Скачиваем архив программы в любой каталог командой
Распаковываем архив в текущую директорию
Переходим в каталог с программой

Вес пакета составляет всего 152 Кб.

Запускаем установочный файл

И ставим веб-интерфейс на автозапуск

Теперь займемся созданием страницы управления. Для начала скачаем архив проекта по адресу bit.ly/1di2qgl. Распакуем его в каталог пользователя:

Далее редактируем конфиг из корня сервера webiopi:

Устанавливаем «глаза»

Итак, подключаем к роботу веб-камеру. Я использовал камеру HP HD-4110 с поддержкой Full HD и V4L, но смысла брать именно Full HD камеру нет, так как у нас разрешение изображения 640 на 480. Полный список есть здесь: bit.ly/1cR06N4. Почти для каждой камеры в этой табличке указано, требуется ли ей внешнее питание. Это важно, поскольку «малинка» может стабильно питать по USB далеко не каждый девайс, а у некоторых камер питание в принципе подводится через внешний адаптер. Поэтому стоит остерегаться некоторых моделей от Logitech и Microsoft. Дальше по списку:

Получим что-то подобное: Bus 001 Device 004: ID 03f0:9207 Hewlett-Packard

Устанавливаем пакет video for Linux

Устанавливаем утилиту mjpg-streamer-rpi

Переименовываем скачанный файл

Распаковываем

Переходим в каталог с программой

Запускаем

При необходимости настраиваем скрипт под себя

При 30 кадрах в секунду моя система работала нормально (без оверклока), но, чтобы снять нагрузку с компьютера, значение можно снизить вплоть до 5. Также обрати внимание на YUV — это позволит нам немного оптимизировать размер видеопотока за счет другого принципа кодирования цвета. Создаем скрипт автоматизации запуска:

Далее для автозапуска с системой мы добавляем строчку с нашим скриптом в файл / etc/rc.local до строчки exit 0.

Если хочешь полюбоваться результатом, то зай ди в браузере по адресу http://raspberrypi:8000, логин webiopi, пароль raspberry. В качестве бонуса можно открыть веб-интерфейс в «мир». Для этого нужно дать в твоем роутере доступ к портам 8000 и 8080 для IP твоей «малинки». Естественно, перед этим нужно сменить стандартные логин и пароль WebIOPi командой

После чего запустится генератор файла пароля и запросит сначала логин, а потом пароль дважды. Результатом будет: Hash: «длинная-длинная строчка с множеством символов» Saved to /etc/webiopi/passwd

После проведенных операций требуется перезагрузка сервера

Сборка

Чтобы наша модель ездила, нужно реализовать управление двигателями. Рекомендую делать в виде ключей из транзисторов, как я (смотри схему драйвера).

Схема взята из самой машинки. Все номиналы деталей и транзисторы взяты прямо оттуда. Транзисторы Q1, Q2 лучше использовать B772, транзисторы Q3, Q4 — D882. Если ты экономишь место, то транзисторы Q5 и Q6 лучше брать SMD с маркировкой 6C. Схема скопирована с платы машинки, от которой взята колесная база, но я добавил резисторы на 1 МОм параллельно входам управления, дабы погасить наводки. Двигатель питается напрямую через драйверы от аккумулятора 12 В. При желании можно организовать регулировку скорости машинки посредством широтно-импульсной модуляции. Теперь подключаем все по такой схеме:

За движение вперед отвечает порт GPIO 11, назад — GPIO 9, влево — GPIO 25, вправо — GPIO 8. Подключаем к драйверам двигатели, а драйверы к соответствующим портам на Raspberry Pi.
Питание управляющей части робота осуществляется через DC/DC-преобразователь на микросхеме LM2596.
На вход мы подключаем аккумулятор, а на выход Raspberry Pi. Когда наш робот выключен, у нас будет утечка тока через транзисторы драйверов и БП Raspberry, поэтому надо поставить тумблеры в разрез цепям питания, первый тумблер между плюсом аккумулятора и преобразователем, а второй так же между плюсом аккумулятора и клеммой питания драйверов.

Итак, долгожданный пуск готового устройства. Производим подключение по следующей схеме:

К RPi подключаем веб-камеру, USB-адаптер Wi-Fi, преобразователь и проводники, ведущие к драйверам.
Далее подсоединяем Raspberry к аккумулятору через преобразователь и включаем его. Аккумулятора хватает на два-три часа.
После загрузки компьютера включаем тумблер подачи напряжения на драйверы.
Заходим с любого устройства из нашей локалки по адресу http:/адрес_твоего_RPi:8000 и катаемся на машинке по квартире :).

Автоматизированное видеонаблюдение на роботах

На днях в США мужчина устроил драку с роботом. Робот K5 компании Knightoscope мирно патрулировал парковку, когда пьяный совершил подлое нападение. Беспомощная машина весом около 140 килограммов упала на бок и не смогла подняться без посторонней помощи – у нее нет оружия, рук и подходящей программы.

Случай с K5 не единичный (в Японии был такой же борец с машинами) и поднимает много вопросов, касающихся надежности подобных систем. Мы посмотрим на ситуацию со своей колокольни. Робот явно не слепой, в нем есть камеры, помогающие двигаться по маршруту и собирать информацию об окружающем мире. Что вообще происходит в сфере видеонаблюдения на самоходных машинах?

Knightoscope K5

Knightscope показала робота-охранника K-5 в 2013 году и с тех пор проводит тестовые испытания. K5 оснащён системой камер, записывающих видео на 360 градусов вокруг. Похожий на R2D2 робот распознает лица и номера машин (определяет до 300 номеров в минуту), выявляет наличие оружия и даже понимает, когда поведение людей отклоняется от нормы. Он способен передвигаться, избегая столкновений, по различным участкам, преодолевать минимальные препятствия и патрулировать населенные пункты по тротуарам.

Яйцеподобные роботы прошли более 35 000 часов испытаний и 25 000 миль пробега по торговым центрам, автостоянкам и производственным объектам. И все же без инцидентов с ними не обошлось: кроме случая с нападения хулигана, один из роботов не мог избежать столкновения с 16-месячным ребенком – хотя робот видел малыша, он не просчитал последствия возможного столкновения.

Cobalt Robotics

Похожий на передвижную вазу для цветов мобильный робот-охранник компании Cobalt Robotics сделан в корпусе, обитом тканью, чтобы как можно дальше уйти от ассоциаций с охранной боевой системой. Cpbalt ориентируется в пространстве, узнает людей по лицам, считывает удостоверения личности и сообщает о любой подозрительной активности и потенциальных проблемах с безопасностью.

Помимо широкоугольных камер ночного и дневного видения, в нем есть 60 датчиков, LIDAR и RFID, микрофон, детекторы дыма и CO2. Благодаря этому арсеналу робот умеет различать, должен ли человек быть в здании на данный момент или нет, обнаруживает открытые и закрытые двери и окна (может даже распознать звук разбитого окна), находит протекающий кран, замечает пожар и даже обращает внимание на предметы, не лежащие на своих привычных местах.

Военные роботы

Разработчики из (внезапно) Ирландии создали компанию, предлагающую роботизированные системы для обезвреживания взрывоопасных веществ и видеонаблюдения. Основное преимущество по сравнению с конкурентами – это использование проверенных временем технологий при значительном (по заверению разработчиков) снижении стоимости комплектующих.

Этот маленький робот, похожий на игрушку, выглядит очень хрупким из-за своих размеров, но внешность обманчива. MAARS сочетает миниатюрность с большим количеством огневой мощи. Модульная конструкция позволяет оснащать его разнообразными оружием: от нелетальных лазеров (предназначенных для ослепления врагов) до слезоточивого газа и даже гранатомета.

Не каждый военный робот должен обладать огневой мощью. Разведка – важная часть военных операций и маленький Guardbot как раз построен для тайной деятельности. Первоначально разработанный для гипотетической исследовательской миссии на Марс, Guardbot оснащен камерами и может перемещаться по различным поверхностям (снег, песок и даже вода для него проходимы).

Разработанный для помощи корпусу морской пехоты США, беспилотный «Гладиатор» выглядит как маленький танк и может комплектоваться различными типами вооружений (как с удаленным управлением, так и ручным – солдатом прямо на поле боя). При небольшой скорости движения (не более 20 км/ч), Gladiator обладает мощным бронированным корпусом.

Не забудем про боевых роботов Samsung, охраняющих границу Южной Кореи. Робот SGR-1 оснащен радаром, прибором ночного видения, камерами. Оружие робота — 5,5-миллиметровые пулеметы и 40-миллиметровые автоматические гранатометы.

Presence и Ohmni для дома

Все вышеперечисленные устройства могут позволить себе только крупные компании или государственные институты, но роботизированное видеонаблюдение востребовано и для домашнего использования. Компания People Power представила устройство Presence 360, которое сами разработчики называют «первым в мире роботом для камеры видеонаблюдения с углом обзора 360°».

Presence 360 представляет собой турель, на которую устанавливается смартфон, который вы оставляете дома, чтобы контролировать безопасность с помощью камеры. Специальное приложение присылает вам уведомление, если камера обнаруживает движение.

Робот контролировать безопасность в запрограммированных точках на заранее указанный промежуток времени – поддерживается до трех точек обзора, охватывающих виды на (к примеру) входную дверь, дверь черного хода и кухонное окно.

Минус такого решения очевиден – камера никак не перемещается по дому. Возможно, стоит установить ее на управляемую через интернет платформу с колесами?

Компания OhmniLabs показала передвижного робота Ohmni, оснащенного двумя камерами видеонаблюдения и планшетом – фактически, это версия робота телеприсутствия, адаптированная для домашнего использования, а не для видеоконференций в офисе.

Наблюдение за дикой природой

Камеры наблюдения и фото-ловушки – это важная часть исследований в природе, и в некоторых случаях единственный способ увидеть дикое животное в естественной среде обитания. Но у камер есть существенный недостаток – они не вызывают никакого интереса у четвероногих, и нельзя заставить животное позировать на камеру. Проблему может решить серия адаптированных роботов-наблюдателей.

Новые роботы с камерами максимально похожими на тех, за кем наблюдают. Камера видеонаблюдения скрыта в одном из глаз робота. Роботы воспроизводят такие же движения, что и животные, обладают хвостами и ушами, которыми могут шевелить. Правда ничего не сообщается о запахе, а ведь с помощью носами многие животные исследует незнакомцев.

Робот-доставщик

В прошлом году Starship Technologies начала испытания своих роботов автономной доставки в 40 городах и 12 странах. Боты успешно пересекают тротуар, избегают препятствий, объезжают пешеходов. Скорость движения в среднем равна шести с половиной километрам в час, а перевозить он может до одиннадцати с половиной килограммов груза.

У робота девять камер видеонаблюдения, расположенных спереди и сзади. Они позволяют не только двигаться по заданному курсу, но и защищают от людей, помогая заснять лица тех, кто может угрожать роботу.

Intellos Sharp

Робот Sharp обрабатывает данные от камер и датчиков, замеряющих состав окружающей воздушной среды. Подвижная опора поднимает одну из камер на высоту человеческого роста, что дает роботу возможность заглядывать поверх препятствий. Гибкая технологическая платформа ASI позволит в будущем легко дополнять устройство новыми системами.

Робот может вести наблюдение круглосуточно: выявлять нежелательные объекты и нештатные ситуации, отсылать отчеты о своей деятельности, фиксировать подозрительные событиях. При этом робот может действовать автономно либо в составе команды. Кроме того, робот оснащен системой «отпугивания» нарушителей – для этого в нем есть сирена, мигающие огни и возможность голосового оповещения.

— Большинство из новых образцов «наблюдательной» робототехники пока проходят тестирование в различных условиях, однако уже можно сделать вывод, что за роботизированным, автономным, подвижным видеонаблюдением – будущее. Со временем Ivideon обязательно примет участие в развитии этой сферы. Пока же мы предлагаем стационарные решения для дома и для бизнеса. Впрочем, на следующей неделе у нас наконец-то появятся активные поворотные камеры для дома, а там и до колесных платформ близко.

Трал Патруль 5 – роботы с распознаванием лиц и людей

Охранные роботы «Трал Патруль» созданы для автономного патрулирования охраняемых территорий с целью их видеонаблюдения.

Видеонаблюдение осуществляется как в движении, так и при остановках в позициях, оптимальных для контроля критически значимых участков территории охраняемого объекта.

Серия «Трал Патруль 5» представлена несколькими моделями роботов. Они предназначены для решения различных задач безопасности и оснащены различными системами видеонаблюдения.

Наивысшая модель серии — «Трал Патруль 5.2». Робот оснащен интеллектуальной системой видеонаблюдения, способной распознавать и сопровождать людей посредством PTZ и панорамных камер.

Система роботизированного патрулирования

Автоматическое движение по маршруту патрулирования
Объезд препятствий и возвращение на маршрут
Патрулирование в условиях низкой освещенности
Невидимая подсветка пути проезда
Остановка при отклонении от маршрута
Автоматическая зарядка при разряде аккумуляторов

Интеллектуальное видеонаблюдение и звуковое оповещение

360° панорамное наблюдение
PTZ камера в двух моделях
Детектор человека и лица в положении фронт
Слежение за человеком PTZ камерой
Поддержка ONVIF
Звуковое оповещение и Intercom с кнопкой вызова оператора
Распознавание людей при использовании внешнего сервера

Групповое патрулирование

Равномерное распределение роботов по маршруту патрулирования
Поочередное наблюдение общих участков с разных позиций
Перераспределение маршрутов при выбывании роботов
Выбор позиций ретрансляций для поддержки WiFi MESH

Коммуникации

Мгновенное оповещение о событиях через Security Robot Messenger
Передача «ONVIF видео» через WiFi или 4G
Ретрансляция видео в условиях радиотени посредством WiFi MESH
Круглосуточный мониторинг исправности работы робота через 4G

ИНСТАЛЛЯЦИЯ В ПЕРВОМ ПОЛУГОДИИ 2019 ГОДА ПРОИЗВОДИТСЯ БЕСПЛАТНО

Роботизированное патрулирование

Система автономного управления движением охранного робота обеспечивает высокоточный проезд по заданному в процессе обучения маршруту. Робот использует визуальную навигацию и GPS/GLONAS, поэтому наилучшая точность следования маршруту достигается при возможности получения коррекций обоими способами. Для полноценной работы визуальной системы навигации необходима достаточная освещенность, в случае ее недостаточности необходимо использовать пути патрулирования, проходящие под открытым небом, для надежной работы спутниковой навигационной системы.

В процессе патрулирования, охранный робот способен объезжать препятствия и возвращаться на маршрут. При движении в ночное время, в условиях низкой освещенности, робот включает инфракрасную подсветку, невидимую для человеческого глаза. В случае значительного отклонения от маршрута, например, при объезде протяженного препятствия, робот оснащен системой аварийной остановки, срабатывающей при отклонении от заданного пути более чем на 5 метров. В этом случае, для возвращения на маршрут, предусмотрен режим телеуправления.

Для обеспечения непрерывной автономной эксплуатации роботов обеспечивается их автоматическая зарядка посредством использования дополнительного оборудования – автоматической зарядной станции.

Передача видео и тревожных событий

Передача видео и служебной информации от робота осуществляется посредством использования 4G или Wi-Fi. Для непрерывного видеонаблюдения, при работе в составе CMS, целесообразно использование Wi-Fi. При использование роботов оснащенных автономной системой интеллектуального видеонаблюдения и распознаванием человека, удобно использование возможности 4G сетей сотовых операторов. В последнем случае трафик генерируемый роботом достаточно невелик, а при инсталляции не требуется дополнительных усилий для создания Wi-Fi сети с надежным покрытием. В ряде случаев удобно комбинированное использование обоих способов передачи данных. Для уменьшения трафика можно использовать Wi-Fi в условиях прямой видимости точки доступа. В случае нахождения робота на отдаленном участке патрулируемой территории или в зоне неуверенного покрытия сетью Wi-Fi, роутеры робота автоматически переключатся на 4G каналы сотовых операторов.

Работа роботов на маршруте патрулирования сопровождается оповещениями, посредством службы мгновенных сообщений Security Robot Messenger. Этот сервис передает фото, фрагменты видео тревожных событий детектируемых системой видео аналитики, информирует о состояниях роботов. Отображаются сообщения на смартфоне охранника, оператора или собственника объекта охраны.

Групповое патрулирование

Охранные роботы предназначены для организации патрулирования в составе группы. Используя группировку охранных роботов становится возможным достичь наивысшей надежности в интеллектуальном видеонаблюдении охраняемых территорий максимального масштаба.

Для управления их взаимодействием разработан режим группового патрулирования с элементами Искусственного Интеллекта. ИИ проявляется при решении ранее не программированных задач, когда взаимодействие интеллектуальных агентов – роботов позволяет найти оптимальное решение.

Режим группового патрулирования позволяет: синхронизировать перемещение для равномерного распределятся по всей территории; осуществлять поочередное видеонаблюдения общих участков территории с разных позиций наблюдения; перераспределять маршруты патрулировании при остановке на подзарядку, осуществлять выбор наилучшей позиции для ретрансляции в сети MESH WIFI.

Световая сигнализация автоматической работы

На мачте видеонаблюдения охранных роботов установлены светодиоды сигнализации автоматического движения оранжевого цвета и цветные светодиоды индикации режимов работы. Благодаря их достаточной яркости и максимально высокому расположению, проинструктированные сотрудники предприятия могут определить режим работы робота на значительном удалении.

Звуковое оповещение и кнопка вызова оператора

Роботы оснащены системой звукового оповещения и IP интеркомом. Звуковой информатор позволяет многократно воспроизводить заданные фразы. Их инициация может происходить автоматически, по факту появления человека в поле зрения камер или в ручном режиме, по команде оператора. Для вызова оператора, человеком находящимся рядом с роботом, последний оснащен кнопкой вызова и интеркомом.

4 модели охранных роботов

Охранные роботы всех моделей имеют идентичные возможности группового автономного патрулирования. Модели роботов отличаются системами видеонаблюдения и функциями ими выполняемыми.

Встроенная видеоаналитика или работа с сервером CMS

Роботы без индекса IP оснащены встроенной системой аналитики и передают фото видео файлы в случае реальной угрозы, обнаружения людей в поле зрения камер. По сути это автономная охранная система состоящая из группы роботов и передающая тревожные сообщения охраннику, его руководителю, собственнику, на смартфон или стационарный компьютер без специального программного обеспечения.

Роботы с индексом IP предназначены для работы в составе систем видеонаблюдения имеющих стационарные серверы видеоанализа. По сути это команда самодвижущихся камер всё управления которыми отдано аналитике CMS или ее оператору.

Панорамное видеонаблюдение с PTZ камерой или без неё

Все модели роботов обеспечивают круговое наблюдение посредствам шести камер высокого разрешения расположенных по кругу. Эти камеры позволяют непрерывно контролировать пространство в непосредственной близости от робота. На роботах с маркировкой 5.2 дополнительно к панорамным камерам установлена PTZ камера. Она дает возможность приближать фрагменты окружающей обстановки или проводить сканирование всего пространства посредствам непрерывного вращения.

Для обнаружения лиц и людей, попадающих в поле зрения камер, в роботах установлены суперкомпьютеры. Один для обработки всех панорамных камер, второй только для PTZ.

Роботы интеллектуального видеонаблюдения

Робот интеллектуального видеонаблюдения

Трал Патруль 5.1

Детектирование людей на дальностях до 30 м

Круговое видеонаблюдение в режиме автономного патрулирования

На борту робота обрабатывается видео от 6 панорамных камер с целью детекции человека. Изображения от этих камер по очереди передается в «alarm channel» для последующей беспроводной передачи через 4G или Wi-Fi в ONVIF CMS. В случае, когда в поле зрения какой-либо из камеры появляется человек, перебор каналов останавливается, и передается только видео, где был детектирован человек. При этом, человек выделяется красной рамкой. В это же время Security Robot Messenger отправляет фотографию обнаруженного человека и ссылку для загрузки 10-секундного видеофрагмента момента обнаружения на смартфон охранника или оператора.

Несмотря на обнаружение человека на видео одной из камер, интеллектуальная система видеонаблюдения продолжает анализировать изображения от других камер. В случае обнаружения человека в видео от них, изображение также передается в «alarm channel». Соответствующее сообщение отправляется Security Robot Messenger. При пропадании человека из поля зрения камеры, через 3 секунды этот видеопоток удаляется из «alarm channel».

Непрерывный круговой обзор, детекция людей на средних дистанциях делает робот Трал Патруль 5.1 идеальным для патрулирования по извилистым маршрутам в ограниченных пространствах на территориях средних размеров. Робот оснащен высокоэффективной Wi-Fi MESH антенной и это позволяет использовать его как ретранслятор для передачи данных от других роботов, находящихся вне зоны прямой видимости Wi-Fi базовой станции.

Трал Патруль 5.1 идеальное решение для ночного мобильного видеонаблюдения.

Робот с камерой

Робот WLToys F4 — это многофункциональный интеллектуальный балансировочный контроллер Wifi App Control RC. Как новейший продукт Wltoys, он имеет отличительные четыре режима работы