視頻分析技術(shù)在鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

■ 肖坦 楊栩 張濤

肖坦：北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，博士研究生，北京，100871

楊栩：北京國(guó)鐵華晨通信信息技術(shù)有限公司，工程師，北京，100070

張濤：北京國(guó)鐵華晨通信信息技術(shù)有限公司，工程師，北京，100070

隨著視頻分析產(chǎn)品在青藏、京津、合武等鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的相繼應(yīng)用，視頻分析技術(shù)越來(lái)越受到用戶和集成商的重視。為了使視頻分析性能達(dá)到最佳效果，用戶除了針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)所選擇不同應(yīng)用算法之外，還必須根據(jù)具體需求制定相應(yīng)優(yōu)化升級(jí)策略，兼顧不同環(huán)境和條件。

1 視頻分析技術(shù)工程化經(jīng)驗(yàn)

視頻分析技術(shù)的應(yīng)用需要一些物理?xiàng)l件來(lái)保證，如攝像機(jī)的安裝位置、現(xiàn)場(chǎng)光照情況、攝像機(jī)安裝緊固程度等，會(huì)影響視頻分析的性能。而用戶往往忽視這些條件，工程設(shè)計(jì)中不考慮視頻分析因素，造成視頻分析技術(shù)只能局限于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，使得視頻分析難以發(fā)揮功能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，由于目前的視頻分析技術(shù)需要學(xué)習(xí)和適應(yīng)場(chǎng)景，因此視頻分析的后期優(yōu)化工作也會(huì)影響整個(gè)視頻分析技術(shù)應(yīng)用的成敗。

1.1 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引入視頻分析應(yīng)用之后，視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)在攝像機(jī)參數(shù)選擇、攝像機(jī)安裝位置、現(xiàn)場(chǎng)燈光照明設(shè)備等方面與原來(lái)相比發(fā)生了很大變化。以視頻分析入侵檢測(cè)應(yīng)用為例，攝像機(jī)的參數(shù)選擇需要考慮入侵檢測(cè)所能偵測(cè)的最小目標(biāo)像素值，并結(jié)合實(shí)際場(chǎng)景的覆蓋距離，計(jì)算攝像機(jī)所應(yīng)采用的焦距等參數(shù)。攝像機(jī)的安裝角度和高度也應(yīng)該適應(yīng)分析算法的要求，使場(chǎng)景盡可能匹配算法中目標(biāo)透視變換的關(guān)系約束。針對(duì)夜間視頻分析應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)保證防護(hù)區(qū)域內(nèi)的光照強(qiáng)度，監(jiān)視場(chǎng)景盡可能避免天空等非感興趣區(qū)域（見(jiàn)圖1）。

1.2 視頻分析部署的優(yōu)化

視頻分析不同于傳統(tǒng)的軟件組件，不能即插即用，原因有兩方面：一是視頻分析技術(shù)仍處于發(fā)展階段，在發(fā)揮實(shí)際功能時(shí)還需要大量?jī)?nèi)部參數(shù)的配置，甚至是算法本身的改進(jìn)；二是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境尤其是室外環(huán)境光照、天氣等變化復(fù)雜，視頻分析算法需要重新調(diào)整和優(yōu)化以適應(yīng)新的場(chǎng)景。若要降低系統(tǒng)誤報(bào)提高偵測(cè)率，以改進(jìn)視頻分析性能，就需要復(fù)雜的調(diào)試，而且這種調(diào)試沒(méi)有捷徑，需要長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)，不斷地測(cè)試和優(yōu)化，最終使視頻分析性能達(dá)到最佳。青藏鐵路和京津高速鐵路的視頻分析功能經(jīng)過(guò)多次配置參數(shù)優(yōu)化和算法調(diào)整，最終獲得較好效果。針對(duì)算法和固件進(jìn)行優(yōu)化后，視頻分析的性能表現(xiàn)有了顯著提升（見(jiàn)圖2）。

總之，對(duì)一款視頻分析產(chǎn)品的工程實(shí)施而言，優(yōu)化工作決定著其性能表現(xiàn)的成敗，在某種程度上可否優(yōu)化及可優(yōu)化程度也是衡量一款視頻分析產(chǎn)品優(yōu)劣的具體指標(biāo)。

2 視頻分析技術(shù)的挑戰(zhàn)和對(duì)策

2.1 誤報(bào)問(wèn)題

視頻分析技術(shù)的引入初衷是為了降低人力成本，但如果系統(tǒng)誤報(bào)過(guò)多，同樣會(huì)帶來(lái)需要更多人力資源去維護(hù)處理報(bào)警的弊端。盡管少數(shù)廠家能夠做到較低的誤報(bào)，但是目前大部分廠家的產(chǎn)品存在誤報(bào)過(guò)多的問(wèn)題。這些廠家雖可以調(diào)整參數(shù)降低誤報(bào)，但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)正報(bào)率的降低，用戶無(wú)法接受。因此，不斷改進(jìn)視頻分析算法，提高視頻分析算法本身水平，在降低誤報(bào)率的同時(shí)提高偵測(cè)率，才是視頻分析技術(shù)發(fā)展的必由之路。

2.2 維護(hù)問(wèn)題

視頻分析的性能優(yōu)化需要相關(guān)專業(yè)人員，一般用戶無(wú)法經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)就能夠熟練進(jìn)行優(yōu)化，這是視頻分析技術(shù)當(dāng)前面對(duì)的一個(gè)重要問(wèn)題。雖然這個(gè)問(wèn)題可以由視頻分析廠商及系統(tǒng)集成商的技術(shù)支持人員來(lái)完成，但這無(wú)疑給視頻分析技術(shù)的推廣和發(fā)展帶來(lái)了不利影響。所以，目前視頻分析廠家急需盡快開(kāi)發(fā)出能夠進(jìn)行在線學(xué)習(xí)和自我適應(yīng)的視頻分析算法。

2.3 成本問(wèn)題

持續(xù)的售后優(yōu)化服務(wù)所導(dǎo)致的不可預(yù)見(jiàn)成本是當(dāng)前視頻分析技術(shù)推廣最大障礙，但最終會(huì)趨于一個(gè)平衡狀態(tài)。以快球市場(chǎng)為例，隨著目前國(guó)產(chǎn)快球被市場(chǎng)越來(lái)越多的認(rèn)可，其價(jià)格由最初的幾萬(wàn)元降到目前可接受的價(jià)格。視頻分析市場(chǎng)也會(huì)有一個(gè)相似的軌跡，市場(chǎng)會(huì)逐漸上升，價(jià)格會(huì)逐漸下降。

3 結(jié)束語(yǔ)

雖然視頻分析技術(shù)目前存在諸多挑戰(zhàn)，但與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)相比在節(jié)約人力成本、節(jié)約存儲(chǔ)空間和智能性等方面存在巨大優(yōu)勢(shì)。事實(shí)證明，通過(guò)選擇性能表現(xiàn)較佳的視頻分析算法和權(quán)衡集成商優(yōu)化調(diào)整部署的能力和支持程度，視頻分析的性能可以達(dá)到用戶可接受水平。

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