智能視頻分析技術(shù)在安防領(lǐng)域的應(yīng)用

標(biāo)簽：視頻監(jiān)控  模式識(shí)別

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)、分布式部署、智能化監(jiān)控。基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的智能視頻分析融合了圖像處理、模式識(shí)別、人工智能、自動(dòng)控制及計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)。與傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)能從原始視頻中分析挖掘有價(jià)值信息，變?nèi)斯に欧橹鲃?dòng)識(shí)別，變事后分析為事中分析并進(jìn)行報(bào)警。

智能視頻監(jiān)控技術(shù)(IVS：Intelligent Video Surveillance)基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景的視頻圖像內(nèi)容進(jìn)行分析，提取場(chǎng)景中的關(guān)鍵信息，產(chǎn)生高層的語(yǔ)義理解，并形成相應(yīng)事件和告警的監(jiān)控方式。如果把攝像機(jī)看作人的眼睛，而智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以理解為人的大腦。智能視頻監(jiān)控技術(shù)往往借助處理器芯片的強(qiáng)大計(jì)算功能，對(duì)視頻畫(huà)面中的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高速分析，過(guò)濾掉用戶不關(guān)心的信息，僅僅為監(jiān)控者提供有用的關(guān)鍵信息。

視頻智能分析的產(chǎn)生及其特點(diǎn)

智能視頻系統(tǒng)要解決的基本問(wèn)題有兩個(gè)：一個(gè)是將安防操作人員從繁雜而枯燥的“盯屏幕”任務(wù)解脫出來(lái)，由機(jī)器來(lái)完成這部分工作;另外一個(gè)是為在海量的視頻數(shù)據(jù)中快速搜索到想要找的圖像。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，安保操作人員盯著屏幕電視墻超過(guò)10分鐘后將漏掉90%的視頻信息，而使這項(xiàng)工作失去意義。倫敦地鐵爆炸案中，安保人員花了70個(gè)工時(shí)才在大量磁帶中找到需要的信息。因此基于上述兩點(diǎn)，選擇視頻分析系統(tǒng)將能夠?qū)⑷藦姆敝氐膭趧?dòng)中解脫出來(lái)，從而提高效率，智能視頻分析系統(tǒng)將在未來(lái)成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心組成部分。

智能視頻分析產(chǎn)生的背景來(lái)源于最基本的需求，例如：當(dāng)安保值班人員面對(duì)成百上千的攝像機(jī)，無(wú)法真正地在風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生時(shí)預(yù)防或干涉，多數(shù)靠回放相關(guān)的錄像事后處理;另外在一些非安防應(yīng)用中，如商業(yè)上人流統(tǒng)計(jì)、目標(biāo)識(shí)別(車牌、人臉)等等，也需要自動(dòng)智能的統(tǒng)計(jì)識(shí)別。智能視頻分析將事件的分析和識(shí)別轉(zhuǎn)交給計(jì)算機(jī)或者芯片，使值班人員從“死盯”監(jiān)視器的工作中解脫出來(lái)，當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)候，產(chǎn)生報(bào)警，由值班人員進(jìn)行相應(yīng)處理操作。

智能視頻監(jiān)控的主要優(yōu)勢(shì)：

•快速的反應(yīng)時(shí)間：毫秒級(jí)的報(bào)警觸發(fā)反應(yīng)時(shí)間;

•更有效的監(jiān)視：保安人員只需要注意相關(guān)信息;

•強(qiáng)大的數(shù)據(jù)檢索和分析功能：能提供快速的反應(yīng)時(shí)間和調(diào)查時(shí)間。

運(yùn)動(dòng)檢測(cè)是基礎(chǔ)

絕大多數(shù)智能視頻分析都是基于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)，即首先智能分析系統(tǒng)能準(zhǔn)確地完成對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)，將運(yùn)動(dòng)物體與圖像背景有效分離，提取出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)信息。

從計(jì)算機(jī)視覺(jué)的實(shí)際應(yīng)用上來(lái)看，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別、分析所面臨主要挑戰(zhàn)和需解決問(wèn)題可以歸結(jié)為三個(gè)方面，即算法的魯棒性、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性。

魯棒性

魯棒性就是系統(tǒng)的健壯性，用以表征控制系統(tǒng)對(duì)特性或參數(shù)攝動(dòng)的不敏感性。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法的魯棒性是能夠在各種環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)持續(xù)、穩(wěn)定的檢測(cè)、分析和識(shí)別。

影響算法魯棒性的最主要原因有如下幾項(xiàng)：目標(biāo)狀態(tài)的改變、環(huán)境光照的變化、部分遮擋引起的目標(biāo)不規(guī)則變形和全部遮擋引起的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)暫時(shí)消失。

準(zhǔn)確性

運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別針對(duì)不同應(yīng)用情況，其檢測(cè)識(shí)別率不同，幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)100%檢測(cè)成功，即存在誤檢和漏檢情況。由于實(shí)際的監(jiān)控場(chǎng)景環(huán)境復(fù)雜、千變?nèi)f化，其中存在大量噪聲和干擾情況，通過(guò)算法的優(yōu)化可提高一定的檢測(cè)準(zhǔn)確率，同時(shí)往往只能根據(jù)實(shí)際需求，在誤檢率(虛警率)和漏檢率(漏警率)之間尋求平衡折中。

實(shí)時(shí)性

一個(gè)實(shí)用的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，必須具備能夠?qū)σ曨l圖像序列進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的能力。由于對(duì)視頻動(dòng)態(tài)圖像的處理方法是建立在二維數(shù)字信號(hào)的處理基礎(chǔ)上，所處理的對(duì)象包含巨大的數(shù)據(jù)量和信息量，要求算法不能計(jì)算太復(fù)雜，必須快速、實(shí)時(shí)。對(duì)于實(shí)時(shí)分析預(yù)警任務(wù)，計(jì)算復(fù)雜度是至關(guān)重要的，這樣才能把系統(tǒng)更多的資源分配給更高級(jí)的任務(wù)。而這其中實(shí)時(shí)性和魯棒性又常常是矛盾的，如何尋求平衡發(fā)展是技術(shù)的關(guān)鍵。

尤其指出，目前已有公司自主研發(fā)的視頻運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法，相比經(jīng)典的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法，受光線和鏡頭抖動(dòng)的影響較小，而且計(jì)算時(shí)間更少，更加適合實(shí)時(shí)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。同時(shí)在自主算法基礎(chǔ)上封裝開(kāi)發(fā)包(SDK)，在該公司數(shù)字安防系統(tǒng)軟件平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)系列產(chǎn)品中集成，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級(jí)和產(chǎn)品級(jí)的可靠應(yīng)用。同時(shí)，項(xiàng)目組正在廣泛地建立多種場(chǎng)景的視頻庫(kù)，針對(duì)多種場(chǎng)景的視頻使用自有算法做測(cè)試，以便更好完善算法，減少需要調(diào)整參數(shù)的個(gè)數(shù)，從而更好地滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

智能視頻分析系統(tǒng)的應(yīng)用

多年從事安防與視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成和產(chǎn)品研發(fā)的公司在進(jìn)一步成熟傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)的同時(shí)，將智能分析引入視頻監(jiān)控中。目前，已將視頻的智能分析運(yùn)用到電力行業(yè)、平安城市等的監(jiān)控系統(tǒng)中。

電力行業(yè)的變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)

目前電力行業(yè)中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)遇到異常情況一般都是進(jìn)行事后處理，往往為時(shí)已晚。因此為防范于未然，可在變電站內(nèi)在一定范圍內(nèi)進(jìn)行周界防范，當(dāng)發(fā)現(xiàn)可疑人物入侵或跨入警戒線時(shí)，要求監(jiān)控系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)入侵目標(biāo)，并標(biāo)識(shí)其入侵軌跡，同時(shí)發(fā)出報(bào)警通知管理人員前去處理。

將周界監(jiān)控范圍內(nèi)所有的禁止入侵的區(qū)域設(shè)置為防區(qū)。這樣當(dāng)有入侵者侵入防范區(qū)域時(shí)就會(huì)被智能監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)鎖定并標(biāo)識(shí)出行動(dòng)軌跡，同時(shí)發(fā)出報(bào)警。這里的報(bào)警分前端和后端兩種，前端報(bào)警可通過(guò)聲光報(bào)警器來(lái)實(shí)現(xiàn)，入侵者觸發(fā)報(bào)警時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)聲警告入侵者，并可打開(kāi)強(qiáng)光燈使入侵者無(wú)法藏身;后端報(bào)警在系統(tǒng)軟件平臺(tái)應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)管理人員對(duì)入侵行為進(jìn)行處理，這樣可以做到“事前防范”，避免損失。

平安城市監(jiān)控系統(tǒng)

對(duì)平安城市監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其一方面主要體現(xiàn)在一些重要的路段、社區(qū)、公共場(chǎng)所等，以通過(guò)視頻監(jiān)控方式對(duì)出現(xiàn)的可疑目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警。另一方面則集中在監(jiān)控系統(tǒng)的后期運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中，以通過(guò)視頻分析技術(shù)檢測(cè)前端攝像頭常見(jiàn)故障與視頻圖像質(zhì)量問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的有效維護(hù)。

平安城市視頻監(jiān)控需求復(fù)雜、系統(tǒng)容量龐大，不僅涉及到交通車輛、人員聚集監(jiān)控及違規(guī)報(bào)警，違章停車等智能交通的監(jiān)控，還涉及到小區(qū)里可疑人物的出現(xiàn)和逗留徘徊的報(bào)警等等;甚至要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建海量視頻存儲(chǔ)與內(nèi)容分析檢索系統(tǒng)。

智能分析成果規(guī)劃

目前，安防與視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成和產(chǎn)品研發(fā)公司已成功實(shí)現(xiàn)部分視頻智能分析成果：入侵檢測(cè)、過(guò)絆線檢測(cè)、遺留物檢測(cè)，在一些典型復(fù)雜場(chǎng)景進(jìn)行了魯棒測(cè)試;正在規(guī)劃實(shí)現(xiàn)：人員聚集及人員統(tǒng)計(jì)、火焰及煙霧的檢測(cè)及報(bào)警等等。

•入侵檢測(cè)：給定一個(gè)虛擬的禁區(qū)，若有運(yùn)動(dòng)物體入侵到這個(gè)禁區(qū)中，則實(shí)現(xiàn)報(bào)警;

•過(guò)線檢測(cè)：給定一條虛擬的線，若有運(yùn)動(dòng)物體跨過(guò)這條虛擬線，則報(bào)警;

•遺留物檢測(cè)：當(dāng)一個(gè)物體(如箱子、包裹、車輛、人物等)在敏感區(qū)域停留的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或超過(guò)了預(yù)定義的時(shí)間長(zhǎng)度就產(chǎn)生報(bào)警。典型應(yīng)用場(chǎng)景包括機(jī)場(chǎng)、火車站、地鐵站等;

•人數(shù)統(tǒng)計(jì)：統(tǒng)計(jì)穿越入口或指定區(qū)域的人或物體的數(shù)量。例如為業(yè)主計(jì)算某天光顧其店鋪的顧客數(shù)量;

•煙霧檢測(cè)：在實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，能判斷出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)是煙霧，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警;將煙霧用矩形框標(biāo)識(shí)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧的跟蹤;

•火焰檢測(cè)：在實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，能判斷出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)是火焰，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警;將火焰用矩形框標(biāo)識(shí)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)火焰的跟蹤。

結(jié)語(yǔ)

隨著“國(guó)家應(yīng)急體系”、“平安城市”、“平安建設(shè)”、“科技強(qiáng)警”等重大工程項(xiàng)目在全國(guó)的不斷推進(jìn)，國(guó)內(nèi)視頻監(jiān)控市場(chǎng)前景良好。智能視頻相關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用隨著視頻監(jiān)控市場(chǎng)規(guī)模的不斷壯大也將從相對(duì)集中的區(qū)域向各行業(yè)大幅度的伸展。就市場(chǎng)需求而言，目前整個(gè)市場(chǎng)對(duì)智能視頻分析的認(rèn)知都在不斷提高。安防與視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成和產(chǎn)品研發(fā)公司將憑借多年系統(tǒng)集成和產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于不同行業(yè)細(xì)分市場(chǎng)需求的充分理解，將智能視頻分析與檢測(cè)技術(shù)與安防監(jiān)控行業(yè)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建可靠實(shí)用的智能分析應(yīng)用，為安防監(jiān)控的智能應(yīng)用發(fā)展貢獻(xiàn)力量。