Analisi degli effetti di un algoritmo di estrazione di ombre sulle prestazioni di un sistema di videosorveglianza automatica

1 - Stato dell’arte dei sistemi di videosorveglianza 
Nel corso degli ultimi anni le ricerche effettuate a livello nazionale e internazionale 
nell’ambito della visione artificiale hanno consentito di sviluppare tecniche e algoritmi 
di elaborazione sempre più evoluti, ed anche il livello di complessità dei sistemi di 
video-sorveglianza è progressivamente aumentato, migliorando la qualità dei servizi e 
permettendo di raggiungere risultati più che soddisfacenti nei vari settori di interesse. Le 
prospettive di sviluppo sono ancora enormi e tutto fa pensare che nel giro di qualche 
anno verranno raggiunti risultati ancora più sorprendenti. In effetti i presupposti ci sono 
tutti: dal continuo sviluppo delle tecnologie nei settori dell’acquisizione e 
dell’elaborazione delle immagini, alla richiesta sempre maggiore proveniente da un 
mercato in continua espansione. La necessità di realizzare sistemi per la sorveglianza 
ambientale nasce proprio dal bisogno di sicurezza che viene richiesto dalla società e che 
si manifesta nella richiesta di servizi sempre più evoluti e in settori sempre più estesi. 
Le aree di impiego dei sistemi di video-sorveglianza sono molto vaste: dagli 
insediamenti militari alle aree industriali, dai settori dei trasporti (strade, autostrade, 
stazioni ferroviarie, aereoporti) alle aree urbane. Tuttavia un fattore comune che lega 
tutti questi aspetti è la necessità di garantire al cittadino condizioni di sicurezza 
accettabili. A tale proposito, i sistemi di videosorveglianza non costituiscono certamente 
uno strumento sicuro per la prevenzione dei reati, ma rappresentano almeno un forte 
deterrente al compimento di determinate azioni vandaliche. 
Un aspetto legato alla videosorveglianza è la questione del diritto alla privacy. Il 
progresso tecnologico consente una maggiore possibilità di sottoporre la vita quotidiana 
delle persone a controlli sofisticati e mirati, in grado certamente di contribuire a 
realizzare frontiere sempre più avanzate in termini di sicurezza pubblica e privata, ma 
capaci altresì di inserirsi in misura sempre più penetrante ed invasiva nella sfera privata 
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degli individui. Questo problema si è accentuato dopo il recente sviluppo dei sistemi di 
videosorveglianza, dato che si è diffusa la tendenza da parte di enti pubblici e soggetti 
privati a ricorrere all’installazione di sistemi più o meno articolati di controllo audio-
video di spazi sia esterni che interni, soprattutto per la prevenzione e la repressione dei 
reati, ma anche per controlli ed indagini di diversa natura. 
I sistemi di videosorveglianza, la cui adozione è in costante crescita in Italia come in 
altri paesi, sono stati inizialmente funzionali prevalentemente alla prevenzione ed alla 
repressione dei reati e al controllo della sicurezza dei luoghi di lavoro. In seguito, le 
immagini rilevate sono state utilizzate anche per finalità diverse, quali l’individuazione 
di strategie di mercato attraverso l’esame del comportamento dei consumatori. 
Nel nostro paese si è assistito in particolare, nel giro di pochissimi anni, al passaggio da 
una situazione nella quale i sistemi di monitoraggio visivo erano circoscritti a zone 
urbane piuttosto limitate, ad una nella quale tali sistemi di controllo si estendono non 
soltanto a zone urbane ed extraurbane sempre più variegate, ma anche ad ampie zone 
territoriali (come tratti stradali, autostradali e zone di rilevante interesse storico o 
naturalistico). 
Le dimensioni attualmente assunte da tale fenomeno inducono quindi a riflettere 
seriamente sull’individuazione del punto di equilibrio tra l’esigenza di controllo 
dell’ordine pubblico, di prevenzione e repressione dei reati, e il diritto alla riservatezza 
dei singoli. 
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I 
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Struttura della Tesi
È stata organizzata nel seguente modo : 
primi due capitoli sono stati dedicati allo stato dell’arte dei sistemi di 
videosorveglianza; nel prima capitolo è stata quindi descritta l’evoluzione nel tempo 
dei sistemi mettendo in risalto gli aspetti innovativi e si descrivono in modo 
superficiale i vari moduli che compongono il sistema. 
Nel capitolo due si analizzano gli algoritmi di Rimozione delle Ombre dei sistemi di 
videosorveglianza, dedicando particolare attenzione all’algoritmo che ha le prestazioni 
migliori e che viene anche utilizzato nel sistema in esame. 
Nel terzo capitolo vengono descritti l’architettura fisica (componenti hardware e 
collegamenti fra le varie parti del sistema) e logica e quindi i moduli software e gli 
algoritmi che compongono i sistemi di videosorveglianza. Inoltre viene analizzato in 
modo approfondito il Modulo di Rimozione delle ombre. 
Nel capitolo quattro è stata descritta l’interfaccia uomo-macchina del sistema Watcher e 
le sue funzioni. Per aiutare la comprensione del lettore sono state inserite delle 
immagini e delle spiegazioni. Nella parte finale del capitolo vengono descritti i 
parametri e anche le uscite del sistema 
Il capitolo 5 descrive in modo dettagliato le prestazioni del sistema; sono stati 
raggruppati i risultati ottenuti in tabelle strutturate in modo tale da mettere in risalto le 
differenze tra i problemi riguardanti le diverse versioni utilizzate per la Rimozione delle 
ombre. Inoltre sono state inserite delle figure per chiarire immediatamente i risultati 
delle tabelle. 
Alla fine sono state riportate le conclusioni esponendo le differenze tra le varie versioni 
dell’algoritmo di Rimozione delle ombre. 
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Sommario
“Analisi degli effetti di un algoritmo di estrazione di ombre sulle
prestazioni di un sistema di videosorveglianza automatica”
Le principali funzionalità di un sistema di videosorveglianza sono mirate 
all’individuazione, all’inseguimento e alla classificazione degli “oggetti” situati 
all’interno della zona videosorvegliata ed il loro obiettivo principale è la generazione 
automatica di allarmi. 
Lo scopo della seguente tesi è la valutazione delle prestazioni del sistema di 
videosorveglianza WATCHER, in presenza di ombre, in termini di Analisi di Transito. 
In particolare sono state valutate le performance del sistema in due modalità di 
funzionamento; in un caso è stata utilizzata la modalità live-virtuale e sono state 
analizzate delle sequenze video memorizzate nel Database e poi è stato valutato il 
funzionamento degli allarmi (di Analisi di Transito in aree preimpostate) impostando 
delle aree singole di transito vietato per persone ed anche auto. 
Dopodiché è stato testato il sistema usufruendo del funzionamento in modalità off-line 
tramite Query ( cioè richieste di informazioni rivolte ad un database); sono state testate 
le query di Analisi di Transito (persone, auto) e di Conteggio Persone. 
I risultati ottenuti hanno evidenziato un buon funzionamento del modulo di Rimozione 
delle ombre in quanto questo rimuove alcuni tipi di ombra che di conseguenza non 
vengono considerate durante la successiva fase di elaborazione; l’eliminazione 
dell’ombra ha consentito di avere non solo dei rettangoli di ingombro di adeguate 
dimensioni ma di classificare con maggior precisione gli oggetti; inoltre consente di 
aver una maggior precisione riguardante il posizionamento degli oggetti da cui ne 
deriva una riduzione dei falsi allarmi di Transito. 
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In futuro occorrerebbe ottimizzare il software relativo alla Rimozione delle ombre in 
modo tale da eliminare tutti i tipi di ombre (in particolare quelle di tipo Self). 
Per quanto riguarda gli allarmi si é notata una riduzione della frequenza di Falso allarme 
dopo l’introduzione dell’algoritmo di Rimozione delle ombre. 
Per quanto concerne i risultati delle query é stata osservato che i risultati in termini di 
numero di frame tendono a quelli ideali nel senso che gli oggetti vengono classificati 
con maggior precisione. 
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STATO DELL’ARTE DEI SISTEMI
DI VIDEOSORVEGLIANZA
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INTRODUZIONE
I sistemi di videosorveglianza sono in grado, per mezzo di elaborazioni video e tecniche 
di riconoscimento, di rilevare e classificare situazioni di pericolo e, conseguentemente, 
di generare eventuali allarmi (visivi e/o acustici) per avvisare l’operatore. 
Tra gli scopi dei sistemi videosorveglianti c’è quello di identificare persone, oggetti o 
riconoscere situazioni interessanti, in maniera automatica. 
Il piú semplice sistema di videosorveglianza è quello basato sull’utilizzo di una sola 
telecamera; in genere molti dei sistemi automatici esistenti si basano su configurazioni 
statiche e predefinite di piú telecamere fisse. I costi di questi tipi di sistemi sono 
relativamente bassi, ma la loro applicazione non è molto adeguata nei casi in cui l’area 
da sorvegliare sia molto vasta oppure qualora si abbiano particolari esigenze come per 
esempio il riconoscimento di volti o di targhe. 
Tutte queste situazioni oggi sono sempre piú frequenti sia nell’ambito industriale che in 
quello domestico: queste esigenze rendono necessario lo studio di sistemi integrati con 
l’uso di telecamere multiple in grado di cooperare al fine di fornire un’interpretazione 
piu dettagliata dell’ambiente interessato. Questi sistemi, a differenza dei precedenti, 
sono molto piú costosi. Un buon compromesso fra costi e prestazioni si ottiene con 
l’uso di telecamere mobili che hanno una visuale maggiore rispetto alla visuale offerta 
dalle telecamere fisse. Utilizzando le telecamere mobili abbiamo la necessità di 
implementare delle tecniche per la rilevazione automatica che sono piú complesse di 
quelle relative alle telecamere fisse. 
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Se consideriamo un sistema con tanti sensori ad esso connessi, allora è molto probabile 
che la capacità computazionale di un solo elaboratore non sia sufficiente a garantire il 
funzionamento in tempo reale del sistema. Allora in questo caso occorre cercare di 
decentralizzare l’intelligenza; possiamo quindi supporre che la capacità di elaborazione 
complessiva del sistema possa essere organizzata in maniera gerarchica fra tutti i 
moduli che lo costituiscono. I sensori stessi possono avere una certa capacità elaborativa 
al fine di pre-elaborare i dati acquisiti dal mondo esterno. Gli elaboratori di livello piú 
alto dovranno essere in grado di fondere i dati provenienti dai sensori e dagli elaboratori 
di livello piú basso al fine di generare una descrizione della scena con un livello di 
astrazione sempre piú alto. 
La fusione dei dati, derivanti da diversi punti di osservazione, consente di ottenere una 
migliore interpretazione della scena. 
La realizzazione di sistemi distribuiti oggi è molto piú semplice grazie anche 
all’evoluzione delle tecnologie di microelettronica e telecomunicazioni.  
L’idea basilare è legata al concetto di distribuzione dell’intelligenza; tipicamente le 
capacità di elaborazione e di interpretazione dei sistemi standard vengono centrate in 
un’unica unità di elaborazione, mentre nei sistemi distribuiti vengono “sparse” in una 
rete di processori intelligenti, localizzati nelle diverse parti del sistema. Le operazioni di 
elaborazione del segnale svolte da un sistema intelligente basato per esempio sulle 
immagini acquisite tramite alcune telecamere, possono essere suddivise in una catena di 
operazioni elementari successive che possono essere allocate a diversi elaboratori 
all’interno di una rete intelligente gerarchica. 
Questa decomposizione porta ad aver una maggiore efficienza, flessibilità ed anche 
riconfigurabilità del sistema. Un altro vantaggio di questo tipo di sistemi è che gli 
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allarmi (generati indipendentemente dai nodi) consentono una trasmissione non 
continua al centro di controllo. Una volta che vengono rilevate le situazioni di interesse 
allora ogni nodo può decidere in modo autonomo che informazione trasmettere ed in 
quale istante. È possibile definire, in funzione delle applicazioni, il grado di 
elaborazione che deve avere ogni nodo. I dati relativi alle situazioni di interesse 
vengono trasmessi con uno schema di comunicazione a pacchetti che garantisce un 
miglior uso delle risorse di comunicazione. 
La caratteristica di un sistema distribuito consiste nella possibilità di riconfigurare il 
sistema a seconda delle necessità e delle infrastrutture disponibili. 
Nella realizzazione di un sistema distribuito si tiene anche conto dei vincoli imposti 
dall’ambiente sorvegliato e delle situazioni che devono essere rilevate, ad esempio la 
scelta del numero e del tipo di sensori che devono essere utilizzati, il loro corretto 
posizionamento e la scelta degli algoritmi di elaborazione del segnale e dei dati che 
devono essere trasmessi. 
Per quanto riguarda i canali di comunicazione sono sempre piú diffusi i sistemi wireless 
utilizzati per la connessione tra le telecamere intelligenti ed i nodi informativi. 
Questo capitolo descrive lo stato dell'arte degli argomenti trattati in questa tesi. 
Prima di tutto si parla dell’evoluzione nel tempo dei sistemi di videosorveglianza, 
partendo dai primi prototipi sviluppati negli anni sessanta, per arrivare ai sistemi attuali. 
Dopodiché viene analizzata l’architettura generale di questi sistemi dal punto di vista 
fisico ed anche logico, analizzando i principali moduli in cui puó essere suddiviso il 
sistema. 
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