視頻結(jié)構(gòu)化處理技術(shù)解析及應(yīng)用

□ 文/楊特春

視頻結(jié)構(gòu)化處理技術(shù)解析及應(yīng)用

□ 文/楊特春

引言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為一種有效的技術(shù)手段，在威懾和打擊犯罪，保障人們的人身和財產(chǎn)的安全，維護社會秩序方面有著不可替代的作用，得到公安部門的青睞。隨著“平安城市”、“3111工程”、“城市立體化治安防控”、“智慧城市”等科技強警項目建設(shè)的開展不斷深入，我國一線、二線、三線城市已經(jīng)基本完成城市監(jiān)控與報警系統(tǒng)由標清改高清的建設(shè)，并且基于統(tǒng)一的國家標準正在開展視頻監(jiān)控資源的聯(lián)網(wǎng)整合任務(wù)。一線、二線城市已經(jīng)在聯(lián)網(wǎng)整合后視頻資源基礎(chǔ)上深入開展智能視頻分析系統(tǒng)、且取得了初步成果。然而，視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為面向城市公共安全綜合管理的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中智慧安防和智慧交通的重要組成部分，面臨著深度應(yīng)用的巨大挑戰(zhàn)。其應(yīng)用的瓶頸是視頻信息如何高效提取，如何同其他信息系統(tǒng)進行標準數(shù)據(jù)交換、互聯(lián)互通及語義互操作。當下主要的問題在于：缺少視頻信息情報的標準化生成方法，進而缺少利用視頻信息情報指導偵查、破案的新型警務(wù)工作模式；視頻信息化情報化警務(wù)應(yīng)用各環(huán)節(jié)缺乏統(tǒng)一的標準和規(guī)范。解決這一問題的核心技術(shù)即是視頻結(jié)構(gòu)化描述技術(shù)。

視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)

用讓人比較理解的說法是一種將視頻內(nèi)容（人、車、物、活動目標）特征屬性自動提取技術(shù)，對視頻內(nèi)容按照語義關(guān)系，采用目標分割、時序分析、對象識別、深度學習等處理手段，分析和識別目標信息，組織成可供計算機和人理解的文本信息的技術(shù)。

從數(shù)據(jù)處理的流程看，視頻結(jié)構(gòu)化描述技術(shù)能夠?qū)⒈O(jiān)控視頻轉(zhuǎn)化為人和機器可理解的信息（如下圖），并進一步轉(zhuǎn)化為公安實戰(zhàn)所用的情報，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)向信息、情報的轉(zhuǎn)化。

▲圖1 理論基礎(chǔ)、算法模塊、系統(tǒng)的層次體系

人臉識別

從視頻、錄像、圖片中定位人臉所在區(qū)域，并將人臉圖像區(qū)域從中提取，通過算法，轉(zhuǎn)換為一組特征值向量。人臉識別流程如圖2。

人臉識別在應(yīng)用上，具有先天性的隱蔽、方便、直觀等優(yōu)勢。借助人臉識別技術(shù)，公安業(yè)務(wù)部門可在機場、商場、小區(qū)、火車站、高鐵站、地鐵站、汽車站、人行道等進行布控，提取包括人的生理特征（如性別、年齡、膚色、發(fā)色、胡須）、表情特征（微笑、正常、憤怒）、臉部穿戴飾物特征（眼鏡、墨鏡、帽子、口罩），從而實現(xiàn)人臉的實時布控，高危人員比對、以圖搜圖、語義搜索等方面的業(yè)務(wù)應(yīng)用。如人臉實時布控系統(tǒng)對視頻進行實時人臉采集，人臉特征提取和人臉識別，并與各種人臉庫提供的圖片（警綜、出入境、人口庫、在逃庫、犯罪人員庫等）進行實時比對，若發(fā)現(xiàn)重點關(guān)注人員，將推送到實戰(zhàn)平臺或手機終端，實現(xiàn)實戰(zhàn)預(yù)案聯(lián)動。結(jié)合實戰(zhàn)平臺研判模型、技戰(zhàn)法庫，實現(xiàn)人員的頻次分析、頻繁出入、晝伏夜出、深入出入、團伙分析等多軌碰撞分析，為公安預(yù)警、偵查、追逃等應(yīng)用發(fā)揮作用。

▲圖2 人臉特征識別

▲圖3 人體特征

人體結(jié)構(gòu)化

在視頻中除了包括人員的面部精確定位、面部特征提取、面部特征比對，人員的性別、年齡等特征范圍外、還可對人的衣著、運動方向、是否背包、擰包、打傘、是否騎車等信息進行結(jié)構(gòu)化描述；以及包含人體行為如越界、區(qū)域、徘徊、遺留、聚集等多種行為特征描述。

在人體結(jié)構(gòu)化基礎(chǔ)上進行檢索查詢，可以解決快速目標查找問題，如將嫌疑人的截圖輸入至偵查系統(tǒng)中，利用人形檢索的功能，系統(tǒng)會根據(jù)目標嫌疑人的衣著、顏色分布、體態(tài)特征快速地在案發(fā)點附近的多路攝像頭中進行全局搜索，查找出相似的目標，并將結(jié)果以快照的形式輸出，結(jié)合GIS地圖進行時空研判分析，刻畫出嫌疑人的行動軌跡。

車輛結(jié)構(gòu)化

隨著智能交通高清電警、卡口、虛擬卡口、停車場的廣泛建設(shè)和應(yīng)用、借助智能識別算法將電警、卡口、停車場出入口等場所的車輛相關(guān)結(jié)構(gòu)化信息存入車輛主題庫，包括車牌、車牌顏色、車輛品牌、車輛類型、車身顏色、車標及遮陽板、是否系安全帶、打電話、車輛年檢標、擺件掛件、司乘人員的人臉（如圖4）

基于這些車輛關(guān)鍵特征信息，形成上億條過車記錄數(shù)據(jù)，從而推動了后臺大數(shù)據(jù)分析服務(wù)的發(fā)展應(yīng)用和行業(yè)數(shù)據(jù)挖掘，形成隱匿車輛挖掘、套牌車輛篩選、初次入城、一車多牌、一牌多車、頻繁過車、相似車輛串并、同行車牌分析、高危車輛積分模型、車輛行駛軌跡分析、時空碰撞等實戰(zhàn)技戰(zhàn)法的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上對車輛特征數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)搜索，即可迅速找到所有符合條件的車輛信息，包括行駛時間與方向、行駛速度、車標、車牌、年款等，還可結(jié)合以圖搜圖的檢索方法，在實戰(zhàn)平臺上調(diào)取相關(guān)視頻和圖像文件，快速查詢到有關(guān)嫌疑車輛信息，還原車輛行駛的軌跡歷史信息，實現(xiàn)嫌疑車輛在整個城市的全程運行軌跡查詢或結(jié)合視頻監(jiān)控信息，實現(xiàn)車輛全程化的可視化軌跡回放，以及對涉事車輛的精準布控和查詢，也可以聯(lián)合公安車輛管理信息庫，實現(xiàn)車人關(guān)聯(lián)。

▲圖4 車輛特征識別

視頻結(jié)構(gòu)化面臨的問題

作為一項視頻處理的核心技術(shù)，算法對環(huán)境敏感，受環(huán)境干擾大，光線、雜物、惡劣天氣、晃動都會影響實際效果。實現(xiàn)高效精準的視頻結(jié)構(gòu)化描述技術(shù)成為今后一段時間各個算法研究機構(gòu)的努力方向。隨著計算機視覺前沿技術(shù)的日益成熟，深度學習、高性能計算、海量訓練數(shù)據(jù)、多維信息結(jié)合、大數(shù)據(jù)挖掘分析、目標跟蹤、現(xiàn)有算法的優(yōu)化都將有力快速推動視頻結(jié)構(gòu)化分析技術(shù)、算法效果的逐步提升。能夠根據(jù)不同的復(fù)雜環(huán)境進行自動學習和過濾，能夠?qū)⒁曨l中的一些干擾目標進行自動過濾，能夠?qū)⒁曨l中的一些干擾目標進行自動過濾，從而達到提高準確率。

視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)發(fā)展前景

在大數(shù)據(jù)時代，利用視頻結(jié)構(gòu)化描述技術(shù)實現(xiàn)視頻圖像結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提取，將是公安機關(guān)實現(xiàn)安防大數(shù)據(jù)應(yīng)用的重要基礎(chǔ)建設(shè)。視頻結(jié)構(gòu)化描述技術(shù)緊緊抓住視頻內(nèi)容信息處理和網(wǎng)絡(luò)化共享應(yīng)用的主線，力爭經(jīng)過若干年的技術(shù)攻關(guān)和系統(tǒng)建設(shè)，全面實現(xiàn)監(jiān)控視頻信息的情報化、視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的智慧化，強化警務(wù)視頻應(yīng)用的普適性。即實現(xiàn)以機器自動處理為主的視頻信息處理和分析，并且通過技術(shù)手段轉(zhuǎn)化為公安工作可用的情報；實現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)之間、終端之間、警種之間的信息共享和主動互操作，實現(xiàn)主動監(jiān)控、自動聯(lián)網(wǎng)分析等網(wǎng)絡(luò)功能；全方位拓展視頻在警務(wù)工作中的應(yīng)用模式，大幅度提高技術(shù)的易用性，實現(xiàn)以業(yè)務(wù)民警為中心的隨時隨地的靈活、簡單、多樣的視頻按需服務(wù)應(yīng)用。

從應(yīng)用前景看，視頻監(jiān)控技術(shù)所面臨的巨大市場潛力為視頻結(jié)構(gòu)化描述提供了廣闊的應(yīng)用前景。全面開展視頻結(jié)構(gòu)化描述技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)，建立完全自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)體系，不但對我國安防行業(yè)的健康發(fā)展極為重要，也可以大力帶動相關(guān)芯片制造、軟硬件產(chǎn)品開發(fā)等一大批民族產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

實際上，中國有AVS標準，視頻的所有產(chǎn)品都可以納入該體系下，在該體系下進行視頻的去偽存真，進行視頻的二次分析合并，挖掘，進行實時和事后的智能分析，結(jié)合行業(yè)管理，將視頻應(yīng)用深入到行業(yè)的各種應(yīng)用。

不論是垂直行業(yè)，還是平安城市，未來視頻都是最直觀的資源，它將類似于企業(yè)的數(shù)據(jù)，因而視頻的深度應(yīng)用是未來安防的發(fā)展的必然。

作者單位：佳都新太科技股份有限公司