賦予視頻監(jiān)控以聰明的大腦

得益于平安城市在全國范圍內(nèi)的快速推進(jìn)，也受到包括奧運(yùn)會(huì)、世博會(huì)、亞運(yùn)會(huì)等在內(nèi)的一些大型賽事活動(dòng)的安保需要影響，中國視頻監(jiān)控市場得以快速發(fā)展，安防技術(shù)水平大幅提高，成本也得到有效的控制和改善，現(xiàn)階段國內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)建設(shè)已經(jīng)初具規(guī)模。

另一方面，隨著視頻監(jiān)控應(yīng)用的深入，系統(tǒng)越來越龐大，在一些大型應(yīng)急指揮中心，有可能監(jiān)控?cái)?shù)以萬計(jì)的攝像機(jī)采集的畫面，僅憑人力來處理如此海量的信息，被動(dòng)地提供視頻畫面已無法滿足監(jiān)控要求，智能化監(jiān)控浪潮由此席卷而來。智能化監(jiān)控賦予系統(tǒng)本身進(jìn)行智能分析視頻內(nèi)容的能力，通過識(shí)別監(jiān)控畫面中的可疑事件，并及時(shí)發(fā)出異常情況警報(bào)，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控由被動(dòng)防御向主動(dòng)防御的變革，使監(jiān)控向事前事中控制為主的模式快速切換，真正發(fā)揮監(jiān)控“防患于未然”的作用，從而使監(jiān)控人員從繁瑣的操作、海量的信息中解脫出來，并協(xié)助他們更高效、更精確地管理監(jiān)控目標(biāo)。

智能監(jiān)控核心——智能視頻分析

說到智能監(jiān)控，自然要談到作為智能監(jiān)控核心的智能視頻分析技術(shù)。

智能視頻分析技術(shù)的出現(xiàn)，跟一件大事件息息相關(guān)——美國“911”事件。“911”事件發(fā)生后，美國在安防科研方面大大加強(qiáng)了投資力度。許多研究機(jī)構(gòu)和研究人員紛紛加入了安防類技術(shù)研究和開發(fā)，智能視頻分析便是其中的一個(gè)亮點(diǎn)。

智能視頻分析技術(shù)源自計(jì)算機(jī)視覺（CV，Computer Vision）與人工智能（AI，Artificial Intelligent）的研究，其發(fā)展目標(biāo)在于將圖像與事件描述之間建立一種映射關(guān)系，使計(jì)算機(jī)從紛繁的視頻圖像中分辯、識(shí)別出關(guān)鍵目標(biāo)物體，這一研究應(yīng)用于安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將能借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力過濾掉圖像中無用的或干擾信息、自動(dòng)分析、抽取視頻源中的關(guān)鍵有用信息，從而使傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)中的攝像機(jī)不但成為人的眼睛，也使智能視頻分析計(jì)算機(jī)成為人的“大腦”，并具有更為“聰明”的學(xué)習(xí)思考方式。這一根本性的改變，可極大地發(fā)揮與拓展視頻監(jiān)控系統(tǒng)的作用與能力，使監(jiān)控系統(tǒng)具有更高的智能化，變?nèi)硕嬅娴膶?shí)時(shí)監(jiān)看、事后查證的被動(dòng)防范為7×24全天候可靠監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)控、有效預(yù)警的主動(dòng)防范，大幅度降低資源與人員配置。也正是由于其先進(jìn)性，在一些行業(yè)應(yīng)用中也對違法犯罪分子起到了一定程度的威懾作用。

智能視頻分析系統(tǒng)功能

目前市場上的智能視頻分析系統(tǒng)通常都具備圖像采集／接口、運(yùn)動(dòng)物體檢測、多物體跟蹤、行為特征分析、設(shè)定報(bào)警條件、報(bào)警聯(lián)動(dòng)等功能。現(xiàn)有的圖像監(jiān)控系統(tǒng)中圖像信號(hào)通常是以壓縮圖像流的形式存在，而絕大多數(shù)的智能視頻分析算法是基于非壓縮圖像格式，如RGB或者YUV，所以圖像信號(hào)在被采集以后不經(jīng)過壓縮直接送給視頻分析單元，也可以將圖像流解壓還原成原始圖像格式后再進(jìn)行分析。

運(yùn)動(dòng)檢測簡單地說，運(yùn)動(dòng)檢測就是發(fā)現(xiàn)圖像中運(yùn)動(dòng)的物體，運(yùn)動(dòng)物體可以簡單定義為圖像中變化的部分。然而，并不是所有圖像中的變化都是我們感興趣的運(yùn)動(dòng)物體，例如由攝像機(jī)自身引入的變化，包括像素噪聲、攝像機(jī)自動(dòng)光圈控制電路引起的整體亮度變化、圖像傳輸中引入的高低頻周期噪聲信號(hào)以及紅外攝像機(jī)周期校準(zhǔn)所帶來的突變等。外界環(huán)境引入的變化包括地面光照在多云天氣里迅速的變化、運(yùn)動(dòng)物體陰影、水面波浪、陸地上樹枝的擺動(dòng)、夜間汽車大燈造成的光暈、雨雪天氣等現(xiàn)象，另外還包括攝像機(jī)在大風(fēng)天可能發(fā)生的抖動(dòng)。

由上述這些現(xiàn)象造成的圖像變化則是應(yīng)該被過濾掉的，可以通過算法或者其它技術(shù)手段加以解決。從算法的角度來看，可以簡單地分為兩大類。一類是建立背景模型，通過和背景模型相對比來發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體。另一類是通過“光流”法，通過發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體對光流場的影響來發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體。另外就是介于兩者之間或者兩者結(jié)合的方法。

多物體跟蹤跟蹤實(shí)質(zhì)上就是將在每一幀上發(fā)現(xiàn)的同一物體沿時(shí)間順序串起來。此領(lǐng)域本身就是一個(gè)相對獨(dú)立的活躍的研究領(lǐng)域。主要研究方向是在復(fù)雜環(huán)境下，如多個(gè)運(yùn)動(dòng)物體，多個(gè)攝像機(jī)，運(yùn)動(dòng)物體之間互相遮擋、消失及重現(xiàn)等情況下進(jìn)行有效跟蹤。

行為特征分析行為特征分析是從圖像中尋找滿足預(yù)先設(shè)定的行為特征的事件。目前市場上比較典型的應(yīng)用包括運(yùn)動(dòng)物體類別、徘徊、遺留物、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、人群密度、人員倒地等特征判斷。當(dāng)然，還有很多適合視頻分析技術(shù)的應(yīng)用場景還有待市場開發(fā)，這就需要視頻分析開發(fā)人員和最終用戶進(jìn)行有效溝通。

設(shè)定報(bào)警條件在視頻監(jiān)控里引入“智能”極大地豐富了監(jiān)控內(nèi)容。目前可供選擇的報(bào)警要素包括區(qū)域、時(shí)間段、物體種類、尺寸、運(yùn)動(dòng)方向、速度、行為特征等多項(xiàng)內(nèi)容。在一些特殊應(yīng)用中還可有更多更細(xì)報(bào)警條件設(shè)定。

報(bào)警聯(lián)動(dòng)在智能視頻分析系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常情況以后，通常需要核實(shí)報(bào)警真實(shí)性，如通過另外一臺(tái)云臺(tái)攝像機(jī)對報(bào)警事件拉近進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，或者及時(shí)通知、提醒監(jiān)控人員。常用實(shí)時(shí)提示方法包括語音、彈出圖像、發(fā)送短信、截圖等手段提示監(jiān)控人員。

智能視頻分析實(shí)現(xiàn)及架構(gòu)

現(xiàn)階段，針對特定事件的識(shí)別或特定數(shù)據(jù)的獲取有前端實(shí)現(xiàn)和平臺(tái)實(shí)現(xiàn)兩種方法。前者是在監(jiān)控前端，通過攝像機(jī)或視頻服務(wù)器上增加智能算法模塊來實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是識(shí)別速度快、實(shí)時(shí)性高，缺點(diǎn)則是由于前端設(shè)備暴露在自然環(huán)境中，容易出現(xiàn)不穩(wěn)定因素，且功能一旦確定，無法升級(jí)。平臺(tái)實(shí)現(xiàn)則是在視頻監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能處理，即將視頻傳輸至監(jiān)控中心平臺(tái)，通過架設(shè)單獨(dú)或集群式監(jiān)控平臺(tái)對視頻進(jìn)行分解、變換與處理，實(shí)現(xiàn)分析與識(shí)別目的。監(jiān)控平臺(tái)一般處于環(huán)境較好的機(jī)房中，工作更加穩(wěn)定，其次由于是通過軟件實(shí)現(xiàn)，便于實(shí)現(xiàn)按需分配和模塊升級(jí)，是應(yīng)用較多的智能化模式。前端實(shí)現(xiàn)的廠家目前主要集中于前端視頻產(chǎn)品的監(jiān)控廠商，平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的廠家目前主要是一些具有IT背景的監(jiān)控廠商，而且這些具有IT背景的廠商對安防市場的沖擊力已經(jīng)表現(xiàn)出不容小覷的影響。

再說架構(gòu)，智能化監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)相比傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)存在一定的差異，主要是在原有平臺(tái)基礎(chǔ)上增加了智能分析模塊，還有一些基于前端監(jiān)控設(shè)備的廠商還需要智能視頻編碼器的配合，基于這種架構(gòu)的監(jiān)控解決方案同時(shí)具備智能視頻監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)和前端實(shí)現(xiàn)的功能。有的廠商為實(shí)現(xiàn)全面化的智能視頻識(shí)別功能，還可以在客戶端中增加客戶端智能圖像識(shí)別模塊，在客戶端實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別功能。

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

智能視頻分析技術(shù)作為智能監(jiān)控的核心，代表了未來視頻監(jiān)控的主要發(fā)展方向。索尼、松下、博世等安防領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)對這一塊也進(jìn)行了不遺余力地投入和研發(fā)。

針對前端攝像機(jī)的智能分析，索尼推出了智能分析技術(shù)DEPA。DEPA智能視頻分析技術(shù)是通過將當(dāng)前幀與之前15幀做比較的結(jié)果來決定是否觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警設(shè)置，這種檢測方法最大的好處是可以有效地過濾掉環(huán)境因素（例如晃動(dòng)的樹葉、移動(dòng)的人影、水面的漣漪、圖像噪聲等）對分析結(jié)果的干擾，從而提高分析質(zhì)量，降低誤報(bào)率和漏報(bào)率。

據(jù)索尼中國專業(yè)系統(tǒng)集團(tuán)產(chǎn)品經(jīng)理劉佳介紹，DEPA智能視頻分析功能的應(yīng)用在平安城市項(xiàng)目中已經(jīng)非常常見，其常被應(yīng)用于輔助進(jìn)行車輛違法的抓拍以及公共安全事件發(fā)生前的預(yù)警，如遮擋、移位、噴涂、虛焦等。

誤報(bào)率是客戶考慮比較多的問題，索尼對新一代的產(chǎn)品做了改良，配置了DEPA功能，這是索尼獨(dú)有的技術(shù)，可以將誤報(bào)率降至非常低的水品。劉佳表示，不同的用戶，不同的行業(yè)，對于監(jiān)控市場智能分析提出的要求也不一樣的，攝像機(jī)廠商要滿足所有的用戶個(gè)性化要求不太現(xiàn)實(shí)，因此只能做一些通用的解決方案。然而通用性智能分析功能又很難滿足不同行業(yè)的需求，比如：交通領(lǐng)域汽車壓線等智能應(yīng)用；金融方面ATM取款機(jī)設(shè)計(jì)非常規(guī)的動(dòng)作，如粘貼非法讀卡器等；平安城市人臉識(shí)別的需求跟現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫比對，如公安把嫌疑人圖像輸入后在整個(gè)城市監(jiān)控的網(wǎng)中進(jìn)行比對。這些都是比較典型的應(yīng)用，攝像機(jī)廠商要做全很難，更多的要靠軟件平臺(tái)去實(shí)現(xiàn)。

由此，索尼為IP監(jiān)控系統(tǒng)的用戶新開發(fā)了RSM4.0系列智能監(jiān)控管理軟件，支持索尼新一代的智能視頻分析技術(shù)DEPA。RSM4.0軟件通過與前端支持索尼DEPA的智能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)結(jié)合構(gòu)成的智能視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，通過其“智能視頻分析功能”可以自動(dòng)識(shí)別多種敏感的事件，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)智能視頻分析的關(guān)聯(lián)錄像、回放、報(bào)警，從而為用戶的安防系統(tǒng)提供了更高的安全級(jí)別和更加簡單方便的管理。除了完善的監(jiān)視功能之外，RSM4，0軟件還允許用戶對系統(tǒng)方便地進(jìn)行配置擴(kuò)展，通過結(jié)合其服務(wù)器／客戶機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，用戶可設(shè)計(jì)高度靈活的系統(tǒng)來滿足特定的應(yīng)用需求。另外，提供的API（應(yīng)用編程接口）也允許用戶將之集成入其它系統(tǒng)和／或軟件中。

松下第二代自動(dòng)跟蹤功能不僅可以自動(dòng)跟蹤物體，而且可以對物體進(jìn)行手動(dòng)鎖定，通過對目標(biāo)特性的記憶達(dá)到精確跟蹤，兩臺(tái)以上的WV-CW970智能快球可以進(jìn)行“手拉手”的連續(xù)接力跟蹤，即使被跟蹤物體移出某一臺(tái)WV-CW970的監(jiān)控范圍，另一臺(tái)WV-CW970可以繼續(xù)跟蹤可疑物體。

松下在減少誤報(bào)率問題上同樣有其建樹，其特有的智能分析技術(shù)AVMD可以有效地過濾波浪、樹葉擺動(dòng)等產(chǎn)生的干擾減少誤報(bào)警。AVMD功能依據(jù)物體對攝像機(jī)的距離，能自動(dòng)補(bǔ)償物體大小的變化。具有自動(dòng)和手動(dòng)景深模式，自動(dòng)模式是通過對監(jiān)視區(qū)域和人的運(yùn)動(dòng)軌跡檢測來實(shí)現(xiàn)。

此外，包括貝爾信、海康威視、大華等廠商也紛紛推出相關(guān)基于服務(wù)器平臺(tái)的后端智能視頻分析設(shè)備。這與前端實(shí)現(xiàn)形成了很好的相互補(bǔ)充和配合。總體來看，傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)依然占據(jù)安防市場的大半江山，智能視頻分析技術(shù)還遠(yuǎn)未普及。但很多廠商認(rèn)為這是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)：市場接受度低，就有機(jī)會(huì)去培育市場，讓用戶體驗(yàn)到智能產(chǎn)品的好處。

相信隨著物聯(lián)網(wǎng)、平安城市、智慧城市等項(xiàng)目的大力發(fā)展，智能化監(jiān)控也必將隨之迅猛發(fā)展。智能化監(jiān)控系統(tǒng)將為未來提供一個(gè)高效、實(shí)時(shí)的智能工作平臺(tái)，為社會(huì)平安的保障提供最有力的高科技基礎(chǔ)。我們也期待能夠涌現(xiàn)出更多具有自主研發(fā)能力的本土廠商，分享這一場大安防發(fā)展進(jìn)程中的豐碩成果。