基于智能視頻技術(shù)的車內(nèi)安全監(jiān)控系統(tǒng)探究

徐明澤

（東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150040）

1 概述

目前，國外發(fā)達國家的智能監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域，主要在交通控制系統(tǒng)、道路信號系統(tǒng)以及公共信息服務(wù)等環(huán)節(jié)[1]；未來的智能交通監(jiān)控系統(tǒng)可能以交通動態(tài)仿真、交通運營系統(tǒng)為核心，利用無人駕駛中的信息感知、信息反饋等技術(shù)，在建立多領(lǐng)域合作的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)智能交通監(jiān)控系統(tǒng)在城市中的發(fā)展應(yīng)用，并以城市為中心向周邊輻射發(fā)展以實現(xiàn)智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的普及[2]；作為智能交通系統(tǒng)的組成部分，車內(nèi)安全監(jiān)控系統(tǒng)也將呈現(xiàn)圖像識別高清化、智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、應(yīng)用細(xì)分化的趨勢[3]。

2 車內(nèi)安全監(jiān)控系統(tǒng)的功能及方案設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)應(yīng)用于網(wǎng)約車與出租車的路徑定位、駕駛員行為監(jiān)測、駕駛員或乘客危險狀況報警等功能，具體包括如下幾個方面：a.車內(nèi)視頻監(jiān)控：實時監(jiān)測駕駛員及乘客的狀態(tài)，可識別駕駛員或乘客的危險動作并觸發(fā)報警系統(tǒng)，相關(guān)信息及時傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)平臺以便迅速采取應(yīng)對措施。b.車輛定位：是系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，可實現(xiàn)車輛運行軌跡跟蹤、實時定位等。c.緊急報警：在緊急情況下，一鍵觸發(fā)報警，報警信息自動上傳監(jiān)控中心。d.網(wǎng)絡(luò)通信：支持豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制命令、傳輸圖片或設(shè)置參數(shù)等。e.危害行為警告：對于識別的危害行為發(fā)出警告蜂鳴，起到震懾作用。

2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計

系統(tǒng)組成方案如圖1 所示。車載前端包含車載硬盤錄像機(簡稱車載DVR)、車載專用攝像機、車載電子顯示屏、語音對講機、車載存儲盒及配套的線纜等。車載DVR 內(nèi)置無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、GPS 及北斗定位模塊，利用5G 通訊網(wǎng)絡(luò)連接到后臺移動視頻管理服務(wù)器。利用移動視頻監(jiān)控管理平臺能夠?qū)η岸嗽O(shè)備進行監(jiān)控和管理，獲取車載DVR 實時視頻、歷史錄像、地圖定位，對設(shè)備狀態(tài)進行查詢和管理。

3 車內(nèi)安全監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 智能視頻技術(shù)

3.1.1 智能視頻圖像處理技術(shù)

視頻圖像處理技術(shù)已能夠?qū)崿F(xiàn)高清高幀率實時透霧處理、超低強度處理、實時精細(xì)降噪處理、無損實時放大處理、強光抑制處理等。具體包括以下幾個方面：a.圖像獲取、表示和表現(xiàn)：把模擬信號轉(zhuǎn)化為計算機可識別的數(shù)字形式，以及把數(shù)字圖像顯示和表現(xiàn)出來。b.圖像增強：強調(diào)圖像的某些特征，以便進行進一步分析。對于圖像退化有關(guān)的定量信息，圖像增強技術(shù)可以較為主觀地改善圖像的質(zhì)量。c.圖像恢復(fù)：對質(zhì)量下降的圖像，可能通過計算機處理加以重建或恢復(fù)。d.圖像重建：通過物體外部測量的數(shù)據(jù)的處理獲得物體的三維形狀信息。e.圖像壓縮：包括有損數(shù)據(jù)壓縮和無損數(shù)據(jù)壓縮。f.圖像分割：把圖像按特定性質(zhì)區(qū)域進行劃分，便于對設(shè)定目標(biāo)的提取。

圖1 車內(nèi)安全監(jiān)控系統(tǒng)組成方案

3.1.2 智能視頻技術(shù)在本系統(tǒng)的應(yīng)用

本系統(tǒng)主要利用自動分析和提取視頻源中的關(guān)鍵信息的智能視頻技術(shù)，借助計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力，對視頻畫面中的海量數(shù)據(jù)進行高速分析、過濾，提取有用的關(guān)鍵信息，并依據(jù)設(shè)定的規(guī)則進行判斷和報警，是系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。其中，設(shè)定的規(guī)則是指突然入侵危險檢測等，可以定義“越界”、“識別”、“危險”等等報警規(guī)則。

圖2 為智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程圖。實時的或歷史的視頻數(shù)據(jù)流通過視頻基礎(chǔ)管理單元傳輸?shù)揭曨l數(shù)據(jù)中心，通過配置管理服務(wù)器，將任務(wù)分發(fā)到智能分析服務(wù)器進行分析，分析結(jié)果傳輸至智能監(jiān)控客戶端[4]。本系統(tǒng)中，乘客和駕駛員的視頻數(shù)據(jù)通過上述的一系列處理后，最終將分析結(jié)果傳輸至后臺，使網(wǎng)約車平臺實現(xiàn)實時觀察乘客和駕駛員狀態(tài)的功能。

3.2 人體動作識別技術(shù)

3.2.1 動作識別特征

從視頻圖像監(jiān)測中提取出有效的運動特征是人體動作識別中重要的一環(huán)，直接影響到動作識別的準(zhǔn)確度，且同一特征對不同類別人體動作的描述能力并不相同。因此，我們依據(jù)視頻清晰度的高低和應(yīng)用場景的變化，往往要選用不同類型的特征，這與具體的應(yīng)用場所以及乘客所關(guān)心的動作類別有很大的關(guān)系。

常見的形狀、軌跡、物體、姿態(tài)等特征可以分為四類：基于輪廓和形狀的靜態(tài)特征、基于光流或運動信息的動態(tài)特征、基于時空立方體的時空特征、描述性特征[5]。如表1 所示。

3.2.2 人體動作識別技術(shù)在本系統(tǒng)的應(yīng)用

人體異常行為識別主要是對包含人的動作圖像序列進行分析處理，通常涉及到動作目標(biāo)檢測、運動目標(biāo)分類、運動目標(biāo)追蹤、特征提取與運動描述和人體行為分析5 個階段。本系統(tǒng)的需求是對駕駛員和乘客危險動作進行識別，以判斷是否有異常的行為發(fā)生。首先通過視頻監(jiān)控進行動作檢測與追蹤，然后通過計算機計算出運動直方圖，提取出視頻中的主要動作特征，最后，對主要動作特征進行編碼，運用模板匹配法或狀態(tài)空間法，與預(yù)先保存好的正常動作的編碼進行比較，從而判斷駕駛員或乘客的動作是否屬于危險動作。

3.3 紅外成像技術(shù)的應(yīng)用

普通的視頻采集無法做到全天候運行，如車輛在夜間行駛時，普通視頻監(jiān)控失去了監(jiān)控功能。而利用目標(biāo)自身的紅外熱輻射原理的紅外熱成像儀，即可實現(xiàn)全天候?qū)ΡO(jiān)控目標(biāo)的監(jiān)測。通過光電紅外探測器將物體發(fā)熱部位輻射的功率信號轉(zhuǎn)換成電信號后，成像裝置就可以一一對應(yīng)地模擬出物體表面溫度的空間分布，最后經(jīng)系統(tǒng)處理，形成熱圖像視頻信號，就得到與物體表面熱分布相對應(yīng)的熱像圖，即紅外熱圖像。由于利用景物自身發(fā)射的熱輻射圖像，從而在根本上解決了夜間觀察中光強不足的問題。另外，在雨、霧等惡劣的氣候條件下，由于可見光的波長短，克服障礙的能力差，因而觀測效果差，而工作在8～14μm 波長的長波紅外熱成像儀，其穿透雨、霧的能力較高，從而仍可以正常地觀測目標(biāo)。因此，在夜間以及惡劣氣候條件下，紅外熱成像視頻監(jiān)控設(shè)備可以對駕駛員、乘客等各種目標(biāo)進行全天候智能監(jiān)控。

紅外熱成像監(jiān)控技術(shù)的圖像畫面質(zhì)量比較均勻，確保夜間監(jiān)控也能夠清晰可見。紅外熱成像智能視頻監(jiān)控技術(shù)的隱蔽性比較好，它在運行的過程中能夠抵抗霧霾、煙塵等復(fù)雜氣象條件的干擾，并且廣泛地運用到夜間監(jiān)控項目之中[6]。因此，在夜間或惡劣氣候條件下，紅外熱成像視頻監(jiān)控設(shè)備可以對駕駛員、乘客等目標(biāo)進行全天候智能監(jiān)控。

4 應(yīng)用展望

圖2 智能視頻系統(tǒng)的工作流程圖

表1 動作識別中常用特征分類表

車內(nèi)安全監(jiān)控系統(tǒng)如與公安部門信息系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，可以提高預(yù)警的速度和營救的效率，縮短從軟件預(yù)警到警方出警的時間；如配套設(shè)立更多的相關(guān)救援站，避免出現(xiàn)監(jiān)控救援的盲區(qū)；由于應(yīng)用了定位系統(tǒng)，后期系統(tǒng)還應(yīng)加大定位的準(zhǔn)確性和實時性的研究；該系統(tǒng)也需要使用乘客的定位、聲音、緊急聯(lián)系人等信息，因此須加強系統(tǒng)的防御功能，防止用戶的信息泄露，個人隱私受到侵犯。

車內(nèi)安全監(jiān)控系統(tǒng)以智能視頻技術(shù)為核心、以紅外熱成象技術(shù)和人體關(guān)鍵點檢測為輔助技術(shù)，以5G 通信技術(shù)為傳播媒介；通過系統(tǒng)平臺，在對車輛進行全方位實時定位監(jiān)控的基礎(chǔ)上，增加了危險動作的識別功能，從而使系統(tǒng)具備了及時監(jiān)測緊急事件并快速處理突發(fā)情況，杜絕類似女性乘客乘坐網(wǎng)約車遇害事件的發(fā)生，保護乘客及駕駛員的人身安全，提高了網(wǎng)約車、出租車的安全性和可信性。