CCTV: co widzą oczy miasta. I co jeszcze zobaczą

Gdy nagrania z monitoringu z kampusu porównano z bazą zdjęć z Facebooka, udało się zidentyfikować co trzecią osobę. Wystarczająco dużo by postawić na nogi obrońców prywatności, wciąż zbyt mało, by skutecznie wyławiać na ulicy poszukiwanych bandytów.

To zabrzmi jak banał, ale monitoring wizyjny jest tak inteligentny jak jego operator. Dla przykładu: w Warszawie operator siedzi w komendzie policji, obserwuje jednocześnie 8 kamer. Z czego tylko jedna pokazywana jest na pełnym ekranie monitora. 
Czy to wystarczy, by wyłapać wszystkie niebezpieczne sytuacje? Niedawne zabójstwo dziecka na molo w Sopocie rozegrało się przed kamerami monitoringu. I nie zostało dostrzeżone przez operatora. 
Ale gdyby w Sopocie działała uczącą się kamera...

Rower na chodniku

Od tego, że człowiek będzie systematycznie zastępowany przez komputery, nie uciekniemy. Nie tylko dlatego, że te ostatnie się nie męczą i z równą uwagą obserwują obraz z każdej kamery. Kluczem będzie oprogramowanie do analizy wideo i wyspecjalizowane algorytmy, które potrafią wykrywać na obrazie z kamery zarówno zdarzenia zdefiniowane wcześniej przez ludzi, jak też samodzielnie wychwytywać prawidłowości na podstawie analizy typowego zachowania tłumu.  

Jeden z takich algorytmów opracował dr Mehrsan Javan Roshtkhari z kanadyjskiego uniwersytetu McGill.

Proponowany przez niego system wykrywania anomalii w zachowaniu, przeznaczony dla policji i firm ochraniających budynki, wykorzystuje mechanizmy statystyczne, używane np. w filtrach antyspamowych. Program, zanim przystąpi do analizowania obrazu z danej kamery, jest "uczony” jakie zachowanie jest w danym miejscu typowe. Na przykład na chodniku, gdzie jest zakaz jazdy na rowerze, program uczy się z wzorca pokazującego ludzi idących pieszo.

Jeśli na obrazie pojawi się człowiek na rowerze, program zaalarmuje operatora systemu. Zakładając, że zachowanie nietypowe dla miejsca oznacza złamanie zasady. W podobny sposób algorytm może wykrywać bieg, ucieczkę, skradanie się, czy wałęsanie bez celu.

Indect: inwigilacja po polsku

Jeszcze sprytniejsze narzędzie do wykrywania przestępstw, uwzględniające interakcje między ludźmi, powstaje w ramach europejskiego projektu Indect, który jest koordynowany przez naukowców z krakowskiej Akademii Górniczo-Hutniczej. Jego cel to stworzenie "inteligentnego” zestawu narzędzi informatycznych wspierającego policję i inne służby w skutecznym wykrywaniu zagrożeń pojawiających w przestrzeni publicznej.

Program analizuje obraz z kamer monitoringu pod kątem zachowań ludzi, które mogą wskazywać na łamanie prawa. Na przykładowym nagraniu widzimy jak złodziej wyrywa idącej kobiecie torebkę.

Jak program może to rozpoznać? Otóż takie przestępstwo przebiega według określonego schematu: ludzie zbliżają się do siebie, spotykają, następnie gwałtownie zmienia się kierunek ruchu pierwszej osoby (ucieczka), po czym druga osoba podąża za pierwszą (pogoń). Wykrycie takiej sekwencji zdarzeń wyzwala alarm i automatyczne powiadamia odpowiednie służby.

- Opracowujemy także algorytmy, które mają na celu wykrywanie na obrazie z kamer innych zdarzeń takich jak: niebezpieczne przedmioty w rękach człowieka, np. nóż, pistolet, czy bagaż pozostawiony bez opieki w metrze - dodaje Jan Derkacz z Akademii Górniczo-Hutniczej, który pracuje nad projektem Indect. - Powstają też narzędzia analizujące dźwięk, które pozwolą wykryć np. huk wystrzału, tłuczone szkło czy wołanie o pomoc.

W sytuacjach o dużym stopniu złożoności (np. duża liczba osób w monitorowanym obszarze) może dojść do fałszywych alarmów. Na trafność będą miały wpływ takie czynniki jak liczba i sposób rozmieszczenia kamer, warunki oświetlenia. - Z punktu widzenia technicznego nie jest w praktyce możliwe siągnięcie ideału, jakim są wyłącznie prawdziwe alarmy - tłumaczy Jan Derkacz z AGH. - Dlatego w naszym projekcie decydującą rolę przypisujemy operatorowi, który odpowiada za weryfikację przychodzących zgłoszeń - dodaje. Narzędziami, które powstają w ramach projektu Indect interesuje się polska policja, pojawiły się nawet pogłoski, że miał być testowany podczas Euro 2012, które jednak się nie potwierdziły.

Automatyczne wykrywanie twarzy

Świętym Graalem speców od komputerowej analizy wideo jest stworzenie narzędzia do automatycznej identyfikacji osób obserwowanych przez kamerę. Tak samo jak teraz automatycznie się identyfikuje samochody na podstawie rozpoznawania tablic rejestracyjnych , co działa w wielu dużych miastach, m.in. w miejscach Warszawie (11 punktów na drogach wylotowych).

Same metody rozpoznawania twarzy, które korzystają z funkcji biometrycznych, nie są niczym nowym. W internetowych galeriach fotografii można w ten sposób agregować zdjęcia pokazujących wybraną osobę, a w nowym systemie Google Android można skorzystać z mechanizmu rozpoznawania twarzy do odblokowania telefonu. Są jednak wciąż dalekie od doskonałości, na przykład mechanizm logowania do telefonu można oszukać pokazując zdjęcie.

- Aby na podstawie zdjęć z monitoringu można było ustalić tożsamość osoby, komputer musi znaleźć i często śledzić twarz, wyodrębnić ją z tła, a potem dopiero rozpoznać - mówi dr inż. Adam Czajka z Zespołu Biometrii i Uczenia Maszynowego Politechniki Warszawskiej. - Do tego niezbędne jest dobre oświetlenie i wykonanie zdjęcia twarzy pod odpowiednim kątem, a o to w przestrzeni miejskiej jest bardzo trudno.

Testy praktyczne przeprowadzone m.in. przez naukowców z uniwersytetu Carnegie Mellon, na którym rozwijana jest taka technologia, potwierdzają niezbyt wysoką skuteczność biometrii twarzy w środowisku miejskim. Badacze przeprowadzili eksperyment, w ramach którego starali się odkryć tożsamość grupy studentów, porównując nagrania CCTV z kampusu do baz zdjęć zapisanych w profilu Facebooka. Poprawnie udało się zidentyfikować 1/3 ludzi. To wystarczająco dużo by postawić na nogi obrońców prywatności, ale wciąż zbyt mało, by podobny system mógł skutecznie wyławiać na ulicy poszukiwanych przez policję bandytów.

- W przyszłości można spodziewać się, że rezultaty będą coraz lepsze, bo jest duże zapotrzebowanie na taką technologię, a za tym idą pieniądze na badania - dodaje dr inż. Adam Czajka. - Teraz głównie pracuje się nad rozpoznawaniem twarzy na obrazach 3D rejestrowanych najczęściej w podczerwieni. Taki obraz dostarcza więcej informacji i eliminuje to problemy z nieodpowiednim oświetleniem przed kamerą, a stosując oświetlenie w podczerwieni system może działać także w nocy.  

Jednocześnie rozwiązania bazujące na biometrii twarzy wprowadza się w miejscach, gdzie da się z nich skutecznie korzystać już przy obecnej technologii. Na przykład na lotniskach, gdzie można poprosić sprawdzaną osobę o spojrzenie prosto w kamerę.

- Za pomocą bramki wyposażonej w oprogramowanie biometryczne, można przeprowadzić automatyczną kontrolę tożsamości, porównując zdjęcie z kamery z danymi biometrycznymi zapisanymi w paszporcie - wyjaśnia dr Adam Czajka.

Tutaj kluczem do skuteczności jest kontrolowane środowisko. Pasażer staje we wskazanym, dobrze oświetlonym miejscu i dłuższą chwilę patrzy prosto w obiektyw, co minimalizuje ryzyko pomyłki w procesie analizy biometrycznej twarzy pasażera.

Na rynku są także rozwiązania do wykrywania tożsamości bez udziału zainteresowanych, których można użyć do kontroli przepływu ludzi w instytucjach czy firmach. Rejestrator wideo Panasonic WJ-NV200, za pomocą wbudowanego oprogramowania analizuje obraz w rozdzielczości HD z kamery i wykrywa tożsamość ludzi na podstawie dostarczonych wcześniej zdjęć i danych personalnych.


 

Wielki Brat na lotnisku

Lotniska przodują także we wprowadzaniu innych nowinek związanych z komputerową analizą obrazu z monitoringu CCTV, na przykład mechanizmów automatycznej kontroli obszarów widocznych na obrazie z kamer. Taki system, zbudowany w oparciu o platformę Aimetis, wykorzystuje m.in. lotnisko w Monachium.

To "inteligentne” oprogramowanie pozwala nadzorować strefy i linie, których nie wolno przekraczać, na przykład ogrodzenie lotniska. Ustalenie takiej strefy sprowadza się do nakreślenia linii na widocznym w oknie programu obrazie z kamery, która obserwuje fragment. Od tej pory, każde przekroczenie tej linii przez obiekt przypominający człowieka, będzie generowało alarm, wysyłając np. SMS lub email do znajdującego się w pobliżu patrolu. W ten sam sposób można zaznaczać i nadzorować strefy, w których nie można poruszać się np. samochodem, a także kontrolować prędkość.



System Aimetis ma także proste funkcje analizy zachować, wykrywa np. szwendanie się bez celu w hali odpraw, co może sugerować obserwację lub wstęp do popełnienia przestępstwa. W takiej sytuacji, można uruchomić mechanizm śledzenia danej osoby, pokazujący podejrzanego w dużym zbliżeniu. Oprogramowanie firmy Aimetis wykrywa także porzucony bagaż, rzecz szczególnie nielubianą przez ochronę lotniska.
-  Na podstawie analizy obrazu można dokonać między obiektami: człowiekiem i bagażem - wyjaśnia Jan Derkacz z AGH który w ramach programu Indect pracuje nad podobnymi rozwiązaniami. - Kiedy następuję rozdzielenie między obiektami na odległość przekraczającą zdefiniowaną wcześniej wartość, które trwa przez dłuższy czas, generowane jest zgłoszenie do operatora systemu monitoringu.

Aplikacja Aimetis ma także narzędzie automatyzującą analizę zarchiwizowanych zapisów z monitoringu, które są prezentowane w postaci linii czasu przypominającej edytor wideo, z zaznaczonymi "zdarzeniami”, czyli zarejestrowanymi przez system momentami, w których zostały złamane zdefiniowane reguły. Zapis w takiej postaci ułatwia wykrywanie wzorców zachowań, umożliwia też tworzenie profili behawioralnych ludzi na podstawie wielodniowej obserwacji.

Z naszych informacji wynika, że podobny system działa na krakowskich Balicach, ale rzecznik prasowy portu nie chciał odnieść się do żadnych informacji bezpieczeństwa lotniska.

Ale nie w mieście

Taki sam system mógłby teoretycznie objąć całe miasto i w zintegrowany sposób śledziłby, zapisywał i analizował życie mieszkańców. Wykrywał i definiował odstępstwa od norm zachowań i wskazywał np. jednostki ze skłonnościami do łamania obowiązującego ładu. Zdaniem Katarzyny Szymielewicz z fundacji Panoptykon, która zajmuje się ochroną prawa do prywatności obywateli, na razie przed podobnym scenariuszem chroni nas wysoki koszt budowy podobnego systemu w skali miasta.

Obecnie na największy system monitoringu miejskiego, który działa w Warszawie, składa się teraz nieco ponad 400 kamer. Obecnie jest modernizowany, działające kamery analogowe są wymieniane na cyfrowe kamery HD, które rejestrują wielokrotnie bardziej szczegółowy obraz, co ułatwi policji identyfikację sprawców przestępstw. Obraz będzie przesyłany w postaci cyfrowej światłowodami i wyświetlany na 46-calowych ekranach LCD, które zastąpią analogowe monitory na stanowiskach operatorów, pracujących przy rejonowych komendach policji.

27.11.2011 , SOSNOWIEC , MONITORING W SIEDZIBIE STRAZY MIEJSKIEJ . FOT . DAWID CHALIMONIUK /  AGENCJA GAZETA SLOWA KLUCZOWE:MONITORING STRAZ MIEJSKA

- Nie planujemy obecnie wykorzystania żadnych programów analitycznych, które wspomagałyby pracę operatorów - mówi Jacek Łukomski, naczelnik działu technicznego, warszawskiego Zakładu Obsługi Monitoringu. - Dostępne rozwiązania, które dobrze działają np. na lotniskach i w innych przestrzeniach zamkniętych, w naszej opinii źle sprawdzają się w dynamicznym środowisku miejskim i generują masę fałszywych alarmów. To się może jednak zmienić za 5-10 lat, gdy dopracowane zostaną algorytmy sztucznej inteligencji.

Poza tym warszawski monitoring, wykorzystuje obrotowe kamery, które nie nadają się do współpracy z programami analitycznymi, bo te wymagają stabilnego obrazu z jednego miejsca. Choć, jak dodaje Jacek Łukomski, można sobie wyobrazić zainstalowanie dodatkowej, nieruchomej kamery na stanowisku.

- Wówczas można byłoby korzystać z funkcji automatycznego śledzenia osób - mówi Łukomski. - Operator zaznaczałby człowieka, co do którego ma podejrzenia, na obrazie z nieruchomej kamery, a program sterowałby ruchomą kamerą tak, by człowiek zawsze był widoczny w kadrze.

Dziś mówimy, że barierą są koszty. - Za dziesięć, dwadzieścia lat jednak moc obliczeniowa wzrośnie na tyle, że będzie można sobie wyobrazić powstanie zintegrowanego systemu śledzenia - mówi Katarzyna Szymielewicz.  - A gdy taka technologia powstanie, nie mamy gwarancji, że będzie używana wyłącznie do ochrony mieszkańców przed przestępstwami. Równie dobrze będzie można ją wykorzystać do wykrywania i śledzenia ludzi o innym kolorze skóry.


Bartłomiej Mrożewski - z wykształcenia historyk, pasjonat nowoczesności. Od 2000 roku związany z prasą komputerową. Pracował m.in. w Enterze, CRN-nie, Next (nomen omen). Obecnie związany z PC Formatem. Specjalizuje się w tematyce internetowej i fotograficznej. Poza tym chętnie pisze o najnowszych osiągnięciach nauki i techniki.

Więcej o: