視頻分析功能設計方案及實施

■ 肖坦 張濤 楊栩

肖坦：北京國鐵華晨通信信息技術有限公司，工程師，北京，100070

張濤：北京國鐵華晨通信信息技術有限公司，工程師，北京，100070

楊栩：北京國鐵華晨通信信息技術有限公司，工程師，北京，100070

視頻分析技術已應用于青藏、京津、合武等線路視頻監控，為了使視頻分析性能達到最佳，在工程設計階段，應當考慮視頻分析的因素，以便為視頻分析算法提供良好的工作條件，發揮其最大的優勢。工程實施中，除針對不同應用場所選擇不同應用算法之外，還必須根據具體需求制定相應的優化升級策略，兼顧不同的環境和條件。

1 視頻分析功能方案設計

視頻分析功能方案設計包括：確定實際現場所需要的視頻分析類型；選擇算法性能優秀的視頻分析廠商；計算攝像機內部參數和外部參數以便確定符合條件的攝像機。

1.1 確定視頻分析產品

首先，根據實際場合確定視頻分析類型[1]。對于鐵道線路，一般采用入侵檢測；對于客運站，則應當采用人流密度統計、遺留物偵測、逆行、逗留等視頻分析應用。其次，由于不同廠商在不同算法上水平差異很大，因此需要根據特定視頻分析功能選擇合適的視頻分析廠商。圖1展示了某國際安防網站使用兩臺攝像機連續一周對3家視頻分析廠商周界保護功能的測試誤報統計[2]。由此可見，目前視頻分析廠商雖然很多，但是其水平參差不齊，因而應該經過嚴密測試從中篩選優秀的視頻分析廠商。

1.2 計算攝像機相關參數

視頻分析算法的輸入是由攝像機捕獲的視頻數據，因此攝像機所能提供的視頻信號優劣程度對視頻分析的性能至關重要。以入侵檢測為例，一般視頻分析廠家能夠進行穩定探測和追蹤的目標像素值為100 Pixels，根據監控區域的距離就能通過如圖2所示的鏡頭成像幾何關系進行計算，得出所需鏡頭的焦距（CCD的尺寸假定已知）。目前市場上有很多此類監控系統設計的軟件可用于計算，如VideoCAD等。此外，為了保證視頻分析的效果，攝像機一般是自動聚焦，且必須關閉攝像機的自動背光功能。

2 視頻分析功能方案的實施

2.1 攝像機的安裝優化

攝像機的安裝位置、角度等對視頻分析的實際效果有著很大影響，因此在視頻分析實施過程中，攝像機的安裝有很多值得注意的地方。首先，攝像機的朝向應避免正對光源，其自動光圈功能應當禁用。其次，一般攝像機的快門速度在夜晚會自動降低，所以應禁用此功能，攝像機的OSD功能也應禁用以避免不必要的誤報。再次，如果攝像機本身具有防抖功能，則應開啟此功能，以減少攝像機抖動所帶來的誤報。另外，最好是白天調整好整個畫面的清晰度之后夜晚再進行微調，以達到白天和夜晚視頻分析效果的均衡化。

光照條件同樣對視頻分析性能有較大影響，因此應避免光照設備安裝在攝像機之前。另外，夜間狀況下現場照度應不小于5 Lux。

針對攝像機的FOV（Field of View），應當盡可能使目標的運動方向垂直于攝像機鏡頭的光軸。目標迎著攝像機的方向入侵，其移動距離約70 m時攝像機的視角變化僅為6°（范圍82°～88°）（見圖3），顯然目標在圖像上移動的像素數值也不明顯，這對入侵檢測極為不利。

對于多個攝像機的FOV配合情況，應當注意攝像機之間的重疊區域，以保證區域交疊不會出現漏報情況。圖4和圖5分別描述了攝像機放置位置不同產生正確和不正確的多攝像機交疊情況，圖4會造成目標的錯誤分類和漏報。

2.2 視頻分析參數優化

視頻分析性能優化最重要一步就是視頻分析參數的優化。（1）對應用場景進行分類，如線路、車站、彎道、隧道、橋梁等，針對不同視頻場景建立不同的視頻分析參數模板；（2）針對每一路場景進行視頻分析參數的配置，從場景的ROI（Region of Interest）到各種濾波器的選擇，逐步求精，每一路場景都獲得一個初始的視頻參數配置；（3）針對每一種典型場景進行周期一般為一周的測試，包括正報測試（采用人工模擬方式）和誤報測試，通過這一階段反復的調試和優化，可以得到針對每一種特定場景的場景模板；（4）根據每一種場景的特定模板將所有場景視頻分析參數進行優化，并再次模擬測試統計正報和誤報性能，根據測試結果進行每個場景的參數調優，這個階段不斷循環。每一個場景經過優化過程后，可以獲得一個較為穩定的配置參數，效果也是最優。除此之外，根據實際情況，有的場景還需要白天和夜晚2種參數，不同季節也需要不同的參數，這些都是視頻分析實施非常重要的細微之處。

3 結束語

視頻分析算法本身的魯棒性和先進性是視頻分析性能表現的基石，視頻監控系統的前期設計是視頻分析性能表現良好的前提，視頻分析參數的優化過程是提升視頻分析性能的最大引擎。只有三者緊密結合在一起，才能使視頻分析性能達到最佳水平。

[1]鄒芳，肖坦，蔣征朋. 視頻分析技術綜述及鐵路應用初探[J]. 鐵路通信信號工程技術，2008，5（3）