充視頻智能分析技術在“智慧太倉”道路監控項目中的應用

江蘇聯通集團客戶部系統集成中心 明福成

為進一步加快城市工業化和信息化融合，提升政府執政能力、促進企業創新發展、提升居民生活水平，從而全面提升城市的綜合競爭力和信息化水平，各地都陸續開展了“智慧城市”建設項目。

太倉市政府也開始了智慧城市框架下的各類信息化建設項目，“智慧太倉”道路監控建設就是其中較有特色的項目之一。在城區主干道和鄉鎮主要道路部署大量高清數字攝像機，實現對主要道路的高清視頻監控。充分發揮高清視頻監控的作用，實現對道路及治安的有效管理，還需要監控系統具有視頻智能分析功能，能夠自動過濾掉雜質信息，按照預先設定的事件規則，提取有價值的視頻信息進行分析，實現跟蹤、識別、入侵檢測、觸發報警功能，從而與數據庫中的信息對比，實現城市交通、治安的有效管理。

視頻智能分析技術是利用計算機圖像視覺分析技術，通過將場景中背景和目標分離，進而分析并追蹤在攝像機場景內目標，用戶可以根據分析模塊，通過在不同攝像機的場景中預設不同的非法規則，一旦目標在場景中出現了違反預定義規則的行為，系統會自動發出告警信息，并觸發相關的聯動設備。視頻智能分析技術應用在監控系統中可實現以下功能：快速的反應時間，毫秒級的報警觸發反應時間；提前預警機制，在事件剛剛發生即快速報警；更有效地監視，監控操作員只需要注意相關信息；強大的數據檢索和分析功能，能提供快速的反應時間和調查時間；帶寬及存儲資源的節約，系統可以按照報警類型來傳輸或錄像。

視頻智能分析技術的處理方法與人眼的生物特性類似，包括采集、預處理、處理等一系列動作。人眼作為傳感器，實時、真實的將圖像反映到大腦中，這時人眼生成的圖像是一種復合的圖像，即將清晰的焦距成像（眼睛中心）和旁邊的稍虛的圖像合成，傳送給大腦。而大腦并不是對所有的圖像做全部實時分析，而是先采用多層分級的處理過程，首先將背景、緩慢移動、距離最近的目標的分辨率最低化，然后對于某些突出的細節（感興趣的區域）在進行二次分析，獲得細節的東西，然后根據平生所學的規則，進行判斷，做出動作。視頻智能分析方法主要有時間差分法和背景模型法兩種。

時間差分法又稱相鄰幀差法，即利用視頻圖像特征，從連續得到的視頻流中提取所需要的動態目標信息。是將相鄰幀圖像相減來提取前景目標的移動信息。此方法不能完全提取所有相關特征像素點，只檢測出目標的邊緣，在其提取的運動實體內部可能出現空洞，如圖1所示。

背景消除法是利用當前圖象和背景圖象的差分來檢測出運動區域，可以提供比較完整的運動目標特征數據，精確度和靈敏度比較高，具有良好的性能表現。其處理規則是對視頻幀與基準背景圖像進行比較，相同位置的像素（區域）變化則認為是變化了的區域，對這些區域進一步處理、跟蹤、識別，得到包括目標位置、尺寸、形狀、速度、停留時間等基本形態信息和動態信息，完成目標的跟蹤和行為理解之后，也就完成了圖像與圖像描述之間的映射關系，從而使系統進一步進行規則判定，直到觸發報警，如圖2所示。

視頻智能分析是通過模仿人眼的工作過程來實現的。它可分為加載算法過程、過濾器加載、背景建模及更新、目標提取及跟蹤、目標識別及分析、視頻分析判斷過程、觸發報警過程幾大過程。無論采用何種視頻分析架構，其視頻分析過程都是視頻智能分析的算法模塊“協力作業”的結果，視頻智能分析基本過程，如圖3所示。

視頻智能分析產品主要有兩種方式：一種是基于后端的服務器；第二種是基于前端的IPC（IP Camera）或DVS（Digital Video Server）。兩種架構也可以按照目前主流說法分成兩大類，即前端分析與后端分析，如圖4所示。在太倉道路監控建設項目中，主要采用了前端和后端相結合的分析方式。

本次項目建設中智能視頻分析系統采用 C/S（Client/Server）的架構，前端部署智能編碼器，實現視頻信號的前端分析，后臺監控中心部署NVR（Network Video Recorder）服務器和管理服務器，NVR服務器負責對錄像進行存儲和轉發，管理服務器對前端編碼器傳回的報警信號進行存儲及進一步的智能分析，并實現了智能判定、智能回放、智能搜索等管理功能，通過本地或遠端訪問，可以隨時查詢、調用、分類、搜索各類交通管理視頻、圖片，實現高效道路交通和治安管理。其中系統實現功能，如圖5所示。

視頻處理流程為：視頻信號→前端視頻分析→事件告警→告警存儲→搜索調用→事件處理→事件匯總→查詢回放等，視頻文件分析完畢后還可將處理后的視頻文件、可疑事件信息生成相關的報表，便于各類違章管理信息的分類統計、報表、分析、優化管理等工作。

前端智能編碼器具有判線、細節診斷、人車分類、車型分類、顏色識別、遮陽板識別、車牌識別、違章判定、車流計數等智能分析功能，后端服務器具有車牌比對、道口車速視頻比對測定、運動軌跡分析、車輛行為相關視頻查詢等智能分析功能。

智能視頻分析系統是在傳統視頻監控數據采集基礎上采用視頻智能分析技術，設計視頻監控數據實時分析處理和事后分析處理系統，在太倉道路監控建設項目中主要解決了兩個問題：一是將監控人員從繁雜而枯燥的“盯屏幕”任務中解脫出來；二是協助監控人員在海量的視頻數據中快速搜索定位到想要查找的圖像。大幅度降低了工作人員逐個畫面進行查找的工作量，節省了大量的人力物力財力，有效提高了道路交通和治安管理水平，取得了非常好的實際應用效果。