視頻分析功能設(shè)計(jì)方案及實(shí)施

■ 肖坦 張濤 楊栩

肖坦：北京國(guó)鐵華晨通信信息技術(shù)有限公司，工程師，北京，100070

張濤：北京國(guó)鐵華晨通信信息技術(shù)有限公司，工程師，北京，100070

楊栩：北京國(guó)鐵華晨通信信息技術(shù)有限公司，工程師，北京，100070

視頻分析技術(shù)已應(yīng)用于青藏、京津、合武等線路視頻監(jiān)控，為了使視頻分析性能達(dá)到最佳，在工程設(shè)計(jì)階段，應(yīng)當(dāng)考慮視頻分析的因素，以便為視頻分析算法提供良好的工作條件，發(fā)揮其最大的優(yōu)勢(shì)。工程實(shí)施中，除針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)所選擇不同應(yīng)用算法之外，還必須根據(jù)具體需求制定相應(yīng)的優(yōu)化升級(jí)策略，兼顧不同的環(huán)境和條件。

1 視頻分析功能方案設(shè)計(jì)

視頻分析功能方案設(shè)計(jì)包括：確定實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)所需要的視頻分析類型；選擇算法性能優(yōu)秀的視頻分析廠商；計(jì)算攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)以便確定符合條件的攝像機(jī)。

1.1 確定視頻分析產(chǎn)品

首先，根據(jù)實(shí)際場(chǎng)合確定視頻分析類型[1]。對(duì)于鐵道線路，一般采用入侵檢測(cè)；對(duì)于客運(yùn)站，則應(yīng)當(dāng)采用人流密度統(tǒng)計(jì)、遺留物偵測(cè)、逆行、逗留等視頻分析應(yīng)用。其次，由于不同廠商在不同算法上水平差異很大，因此需要根據(jù)特定視頻分析功能選擇合適的視頻分析廠商。圖1展示了某國(guó)際安防網(wǎng)站使用兩臺(tái)攝像機(jī)連續(xù)一周對(duì)3家視頻分析廠商周界保護(hù)功能的測(cè)試誤報(bào)統(tǒng)計(jì)[2]。由此可見(jiàn)，目前視頻分析廠商雖然很多，但是其水平參差不齊，因而應(yīng)該經(jīng)過(guò)嚴(yán)密測(cè)試從中篩選優(yōu)秀的視頻分析廠商。

1.2 計(jì)算攝像機(jī)相關(guān)參數(shù)

視頻分析算法的輸入是由攝像機(jī)捕獲的視頻數(shù)據(jù)，因此攝像機(jī)所能提供的視頻信號(hào)優(yōu)劣程度對(duì)視頻分析的性能至關(guān)重要。以入侵檢測(cè)為例，一般視頻分析廠家能夠進(jìn)行穩(wěn)定探測(cè)和追蹤的目標(biāo)像素值為100 Pixels，根據(jù)監(jiān)控區(qū)域的距離就能通過(guò)如圖2所示的鏡頭成像幾何關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，得出所需鏡頭的焦距（CCD的尺寸假定已知）。目前市場(chǎng)上有很多此類監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件可用于計(jì)算，如VideoCAD等。此外，為了保證視頻分析的效果，攝像機(jī)一般是自動(dòng)聚焦，且必須關(guān)閉攝像機(jī)的自動(dòng)背光功能。

2 視頻分析功能方案的實(shí)施

2.1 攝像機(jī)的安裝優(yōu)化

攝像機(jī)的安裝位置、角度等對(duì)視頻分析的實(shí)際效果有著很大影響，因此在視頻分析實(shí)施過(guò)程中，攝像機(jī)的安裝有很多值得注意的地方。首先，攝像機(jī)的朝向應(yīng)避免正對(duì)光源，其自動(dòng)光圈功能應(yīng)當(dāng)禁用。其次，一般攝像機(jī)的快門速度在夜晚會(huì)自動(dòng)降低，所以應(yīng)禁用此功能，攝像機(jī)的OSD功能也應(yīng)禁用以避免不必要的誤報(bào)。再次，如果攝像機(jī)本身具有防抖功能，則應(yīng)開(kāi)啟此功能，以減少攝像機(jī)抖動(dòng)所帶來(lái)的誤報(bào)。另外，最好是白天調(diào)整好整個(gè)畫面的清晰度之后夜晚再進(jìn)行微調(diào)，以達(dá)到白天和夜晚視頻分析效果的均衡化。

光照條件同樣對(duì)視頻分析性能有較大影響，因此應(yīng)避免光照設(shè)備安裝在攝像機(jī)之前。另外，夜間狀況下現(xiàn)場(chǎng)照度應(yīng)不小于5 Lux。

針對(duì)攝像機(jī)的FOV（Field of View），應(yīng)當(dāng)盡可能使目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向垂直于攝像機(jī)鏡頭的光軸。目標(biāo)迎著攝像機(jī)的方向入侵，其移動(dòng)距離約70 m時(shí)攝像機(jī)的視角變化僅為6°（范圍82°～88°）（見(jiàn)圖3），顯然目標(biāo)在圖像上移動(dòng)的像素?cái)?shù)值也不明顯，這對(duì)入侵檢測(cè)極為不利。

對(duì)于多個(gè)攝像機(jī)的FOV配合情況，應(yīng)當(dāng)注意攝像機(jī)之間的重疊區(qū)域，以保證區(qū)域交疊不會(huì)出現(xiàn)漏報(bào)情況。圖4和圖5分別描述了攝像機(jī)放置位置不同產(chǎn)生正確和不正確的多攝像機(jī)交疊情況，圖4會(huì)造成目標(biāo)的錯(cuò)誤分類和漏報(bào)。

2.2 視頻分析參數(shù)優(yōu)化

視頻分析性能優(yōu)化最重要一步就是視頻分析參數(shù)的優(yōu)化。（1）對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行分類，如線路、車站、彎道、隧道、橋梁等，針對(duì)不同視頻場(chǎng)景建立不同的視頻分析參數(shù)模板；（2）針對(duì)每一路場(chǎng)景進(jìn)行視頻分析參數(shù)的配置，從場(chǎng)景的ROI（Region of Interest）到各種濾波器的選擇，逐步求精，每一路場(chǎng)景都獲得一個(gè)初始的視頻參數(shù)配置；（3）針對(duì)每一種典型場(chǎng)景進(jìn)行周期一般為一周的測(cè)試，包括正報(bào)測(cè)試（采用人工模擬方式）和誤報(bào)測(cè)試，通過(guò)這一階段反復(fù)的調(diào)試和優(yōu)化，可以得到針對(duì)每一種特定場(chǎng)景的場(chǎng)景模板；（4）根據(jù)每一種場(chǎng)景的特定模板將所有場(chǎng)景視頻分析參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并再次模擬測(cè)試統(tǒng)計(jì)正報(bào)和誤報(bào)性能，根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行每個(gè)場(chǎng)景的參數(shù)調(diào)優(yōu)，這個(gè)階段不斷循環(huán)。每一個(gè)場(chǎng)景經(jīng)過(guò)優(yōu)化過(guò)程后，可以獲得一個(gè)較為穩(wěn)定的配置參數(shù)，效果也是最優(yōu)。除此之外，根據(jù)實(shí)際情況，有的場(chǎng)景還需要白天和夜晚2種參數(shù)，不同季節(jié)也需要不同的參數(shù)，這些都是視頻分析實(shí)施非常重要的細(xì)微之處。

3 結(jié)束語(yǔ)

視頻分析算法本身的魯棒性和先進(jìn)性是視頻分析性能表現(xiàn)的基石，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前期設(shè)計(jì)是視頻分析性能表現(xiàn)良好的前提，視頻分析參數(shù)的優(yōu)化過(guò)程是提升視頻分析性能的最大引擎。只有三者緊密結(jié)合在一起，才能使視頻分析性能達(dá)到最佳水平。

[1]鄒芳，肖坦，蔣征朋. 視頻分析技術(shù)綜述及鐵路應(yīng)用初探[J]. 鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2008，5（3）