視頻圖像偵查中的視頻挖掘階梯模型分析

王海增 趙陽

1. 國際智慧影像產業專家聯盟 2. 河北省邢臺市公安局

一、視頻圖像偵查與數據挖掘理論的相通性

隨著科技強警在全國大中小城市的深入開展，各地建成了規模不等的各類“天網”工程、“平安城市”視頻監控聯網系統，圖像偵查也已經成為繼刑偵、技偵、網偵之后的第四大類偵查手段。據不同地方的公安案件偵破過程顯示：部分地區的案件偵破70%甚至90%以上都離不開對視頻圖像偵查數據的應用。“天眼”、“電子警察”等概念已經越來越深入人心，有案件找攝像頭查錄像也成為公安破案最常用的手段之一。一些地方如湖北、廣東等很多省份已經建成了各種規模的圖像偵查專業隊伍，從組織到人員方面來加強圖像偵查這一新興技術手段的有效應用。不過關于視頻圖像偵查究竟能做什么、不能做什么，甚至到底什么叫視頻圖像偵查，目前都還處于探索階段。本文作者之一長期從事公安科技產品的實戰應用和產品技術分析，另一位長期從事視頻監控和智能分析產品的設計研發，針對視頻圖像偵查在公安領域的應用率先研究出一種實用化的階梯模型，供公安視頻圖像偵查分析工作的理論和實戰參考。

從原理上講，視頻圖像偵查就是從視頻圖像數據中挖掘出公安案件所需要的各種情報線索和犯罪證據。雖然視頻圖像的挖掘最近幾年才開始流行并受到越來越多的關注，但數據挖掘這種技術在各類商業智能應用中已經有大量案例。例如各類通信運營商都有專門的數據挖掘部門，對用戶的通信記錄進行挖掘分析，進而把客戶按照商業價值貢獻進行不同的區別對待，甚至很多新業務都要靠數據挖掘的結果來進行價格、營銷目標、營銷渠道的決策參考。數據挖掘不僅作為理論，更是作為技術工具已經得到大量的成熟商業應用。從權威的定義來看，通用意義的數據挖掘是指從大量不完全、有噪聲、模糊、隨機的實際應用數據中，提取隱含在其中人們事先不知道的但又是潛在有用的信息和知識的過程。數據挖掘通常包括幾個要素：第一，數據源是真實有效的、大量的、含噪聲的；第二，發現的是用戶感興趣的知識；第三，發現的知識要被用戶可接受、可理解、可運用；第四，發現的知識并不要求道理或者真理，有時候往往是用戶關心的特定問題，比如電信運營商要從通信記錄信息中查找有商業價值的客戶一樣。目前隨著互聯網的應用，現實與虛擬世界越來越聯系到一起，越來多的數據產生已經使信息社會進入到大數據階段，云計算、物聯網等多種將來可能對信息社會起到決定性的重大新興技術理論正在潛移默化地改變著信息使用的方式。視頻圖像偵查在公安領域的應用方興未艾，如果能夠充分應用到數據挖掘、信息化的大格局體系中，則能發揮更大的效用。視頻圖像偵查本來就是視頻數據挖掘的一種具體應用領域，視頻數據挖掘又是在通用數據挖掘的理論范疇之內，所以更應該借助通用數據挖掘領域成熟的理論和工具體系來提升視頻圖像挖掘的各種應用形式。

通用的數據挖掘有一個很基礎的理論：DIKW模型。DIKW模型指數據（DATA）、信息（Information）、知識（Know ledge）、智慧（Wisdom）（見圖1）。這個模型的要點是：數據是指能夠直接獲得的內容，比如公交車7點鐘進站，這算個數據；知識是指對多個有關聯的數據進行加工后可以得到的進一步內容，比如連續統計了一周公交車的數據，發現公交車進站在6點50分到7點15分之間，這樣得出一個信息：公交車到站時間可能不穩定，會有25分鐘左右的偏差，正常的到站時間約在7點左右；知識是指對信息進一步提煉而形成的可以重復應用到其它領域的內容；智慧是指利用信息所作出的各種決策，比如可以根據公交車時間表決定是選擇公交車還是選擇其它方式等等。

數據挖掘知識管理的DIKW模型，完全適用于也非常有必要應用于對視頻圖像數據的挖掘處理中。借助這個模型，可能會對視頻圖像偵查理論起到重要的參考作用。

二、視頻圖像偵查的階梯模型

在公安視頻圖像偵查系統中，既需要通用的數據挖掘理論做參考，更要結合公安業務實戰將抽象的通用理論在公安的實戰業務中找到更確切的應用。經過對多種案件偵破過程的實戰分析和提煉，本文創新地提出了一種專門應用于公安實戰的視頻圖像偵查階梯模型。借助這個模型，可以為視頻圖像偵查工作提供一個系統化的實戰操作導航圖，指導圖偵人員按照理論模型的要求一步一步收集線索、分析案情、還原真相甚至積累提煉案件偵破和犯罪預防的經驗教訓。

視頻圖像偵查的階梯模型分為兩個層面：第一，要偵查的目標對象，第二，偵查對象的意義分級。結合案件偵查的需要，要偵查的目標對象一般分為三個關聯的因素：對象、工具、行為。對象一般是涉及案件要追查的目標，通常是各類犯罪嫌疑或關聯的人或者車；工具是指犯罪嫌疑人在案件發生時所使用的各類器件，如通訊工具、交通工具、作案工具甚至包括著裝、現場環境等器物設備；行為是指要偵查的目標對象所進行的一系列活動，比如拿走物品、傷害別人、現場逗留等多種對案件偵破有意義的活動。目前各類視頻圖像偵查的理論或實踐都會涉及對對象、工具、行為等不同形式的描述，但鮮見將這三個要素進行系統的關聯，應用于視頻圖像偵查理論之中。階梯模型是以這三要素為基礎進行后續視頻內容的挖掘，認為任何一個案件偵破的過程中，針對每一個要分析的視頻都要首先關注對象、工具、行為這三要素，以三要素為基礎進行后續更深度的視頻挖掘。

在明確了三要素以后，階梯模型最重要的思想就是將案件線索三要素的挖掘層次由淺到深分為四個層級。這四個層級不可跳躍，只能從第一級分析逐次深入，通常情況下挖掘到第三級就能夠還原整個案件發生過程甚至對案件進行回溯分析，如果能進一步深入到第四級，將意味著案件的偵破甚至對犯罪的預防還可以起到推廣普及的作用。四個級別分別代表如下意義：

第一級——原始視頻級：針對一個報案號，把直接涉案的相關視頻數據收集到位并進行分析，屬于圖像偵查的第一級。

所謂原始視頻級調查分析，是指完整有效地收集與案件相關的直接視頻和間接視頻，對視頻進行分析后得到第一手與案件有關的對象、工具、行為的最原始信息；這是整個視頻圖像偵查最基礎的工作，視頻收集是否完整有效，有可能關系到整個視頻圖像偵查是否能夠挖掘到真正有效的內容。因為從實踐來看，大量圖像偵查案件之所以無法鎖定目標嫌疑人或者無法提供有效的證據，通常因為關鍵位置的直接視頻或間接視頻角度不對，不能確定犯罪嫌疑人，或者因為視頻不清晰無法確認，甚至關鍵視頻丟失導致偵查無法進行。

原始視頻一般包括以下幾個方面：

a.直接涉案的視頻：對與案發地點和時間最直接相關的視頻進行調用；調閱方面，如果時間明確，調閱案發時之前24小時乃至3～7天的視頻；

b.間接涉案的視頻：以案發地點和時間為中心，將可能受案件影響的距離和時間范圍內相關的視頻稱為間接涉案視頻。以某路口晚8點發生盜搶案件為例，距離該路口在步行時間60分鐘以內、行車時間在30分鐘以內的其它攝像機的視頻均應看作是間接涉案視頻，應對間接涉案視頻和直接涉案視頻一起進行采集取證供調查分析。具體的間接關聯攝像機的地點和時間可結合案件酌情調整。

第二級——抽象信息級：針對獲得的原始視頻，從原始視頻出發尋找出圖像偵查三要素的抽象信息或社會信息。它通常涉及：

對象抽象：原始視頻看到的是某個具體的對象，抽象信息級要通過對象的身體特征、著裝特點、行動姿勢、行為內容來判斷對象的性別、年齡、職業、戶籍、身高、體重等信息，以判定出目標對象的社會身份認證信息（如姓名、籍貫等）。比如通過原始視頻看到目標對象走路齊整，判定可能參軍入伍受過訓練；若步伐散亂隨意，可能是社會無業人員等，進一步結合其它信息進行佐證。

工具抽象：通過對象所攜帶、使用、接觸的工具來協助判定目標對象的身份、職業、戶籍、身高、體重等關鍵特征，不僅協助判斷目標對象的身份，還可通過工具來判斷目標對象在案件中所進行的活動；比如在涉案視頻中發現目標對象撥打移動電話，可據此調查特定范圍的電話呼叫記錄來鎖定犯罪嫌疑人的身份信息，以及通過撥號方式來大致判斷手機類型等。

行為抽象：通過對視頻中目標對象的原始視頻行為進行分析，來判定目標對象正在進行的活動，通過邏輯分析判斷活動的邏輯意義；比如當看到目標對象經過某一路口，但走路的速度和旁邊行人對比有明顯延遲，再結合對象的姿態，可初步判斷目標對象是否在該區域進行踩點。

將多個行為信息綜合起來，逐步梳理出案件涉及的對象是誰、用什么工具、在做什么等有意義的信息，這就是視頻圖像偵查的抽象信息級主要研判的目的。抽象信息級要結合多段原始視頻進行反復分析比對，直到能夠將多段可能看不出邏輯關系的原始視頻提煉出背后的邏輯含義，從而判斷哪些視頻是有價值的、哪些視頻是干擾信息。當然，如果原始視頻獲取不充分，無法形成有意義的邏輯分析，甚至形成了錯誤的邏輯分析，那就可能會導致無法進入下一級的視頻偵查分析。

第三級——案件知識級：針對原始視頻、抽象信息提煉的結果，結合案件報案情況，復原案件發生的整個過程，并提煉出可以作為法庭證據的視頻圖像，這一級稱為案件知識級。

案件知識級是前兩級工作的總結，相當于通過視頻甚至多種偵查手段確定了案件嫌疑人身份信息、案件發生過程信息后，可以通過涉案視頻進行案件的回溯推演，并收錄存檔，將對應關鍵原始視頻作為案件犯罪確認的視頻證據。

案件知識級通常涉及兩項重要工作：

a.案件過程視頻復原：可以按照案件發生的過程，組織各類視頻信息進行回溯推演，從而以視頻證據的方式驗證案件發生過程，對犯罪嫌疑人的犯罪行為以視頻方式進行認定；視頻復原的另一個重要功能是確認或者否定各種可疑線索，確保案件認定的準確性。

b.視頻證據存檔：對能作為法庭證據的相關原始視頻進行存檔收錄，以備訴訟審理使用。

第四級——經驗智慧級：結合前三個層級所發現的規律、經驗甚至問題進行總結提煉，并進行推廣應用，這也是模型在視頻挖掘方面比較注重的一個方面。經驗智慧級別一般關注以下幾個方面：

a.對案件偵破能起到推廣作用的圖像偵查技巧：如發現球機視頻模糊不清或角度不合適，而停車場視頻通常效果清晰，后續偵查時應將各停車場作為視頻收集重點。

b.對監控設備部署能起到改進作用的設備型號或部署要點：如發現交通路口因設置球機導致角度不好而難錄像，那么在后續監控項目建設中，要設立規范，在交通路口應減少球機設置，盡量采用多角度槍機乃至360度全角度攝像機，進行全方位無死角錄像；可將這些設備部署要求逐步納入到地方錄像設置規范中。

c.對犯罪預防能起到警示作用的公告通知：如發現某些人流集中場所在特定時段容易發生某類盜搶案件，就可以通過張貼通知、提前部署警力等方式進行有針對性的打擊。

視頻圖像偵查的階梯模型可以用圖2進行闡述：

三、階梯模型的模板工具化

目前視頻圖像偵查在各地還處于探索階段，各地公安民警通過實戰總結出很多方法技巧，但階梯模型不僅是視頻圖像偵查的理論參考，更重要的是提供了模板方法，可以應用在案件偵破過程之中，對案件偵破起到提綱挈領的作用。利用階梯模型理論研制的警用視頻圖像偵查工具，可以有效地實現海量視頻數據的搜索整理，對案件偵破能起到事半功倍的效果。階梯模型是一個實戰化的圖偵模型，通過案件三要素、四層級分析來系統貫穿圖像偵查的整個過程。通過公安科技民警與設備廠商聯合研發出的能夠系統化應用階梯模型的警用視頻圖像偵查工具，可以在實戰中一步一步指導辦案民警進行原始視頻收集、案件信息抽象提取、案件過程復原甚至多案件信息經驗共享等。

[1]李瑾.深化視頻監控應用,加快圖偵技術發展——專訪公安部科技信息化局總工程師朱撫剛.警察技術,2012.(03).

[2]韓汩鴻.VCS視頻圖像采集摘要比對器.警察技術,2012.(03).