智能視頻分析技術(shù)在住宅小區(qū)安保的應(yīng)用

趙紅麗

（中國(guó)聯(lián)通河北省分公司，河北 石家莊 050011）

近年來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，房地產(chǎn)建設(shè)尤其是住宅小區(qū)達(dá)到16億平方米，對(duì)于小區(qū)安全防范的需求也越來(lái)越強(qiáng)烈，家庭小區(qū)安全防范成為住宅小區(qū)智能化建設(shè)的最重要部分，占到小區(qū)智能建設(shè)投資的80%左右。小區(qū)安保的管理人員主要是物業(yè)管理者和保安部門(mén)及保安人員，通過(guò)智能視頻分析技術(shù)，保安人員可對(duì)出入小區(qū)的人流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)小區(qū)周界的安全進(jìn)行防范，并對(duì)特殊事件進(jìn)行及時(shí)處理。

1 智能視頻分析技術(shù)

智能視頻分析技術(shù)是通過(guò)各種視頻分析方法在海量視頻數(shù)據(jù)中獲取有價(jià)值的信息，從目視解釋變?yōu)闄C(jī)器自動(dòng)解釋，改變了以往視頻“被動(dòng)”監(jiān)控的狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)異常行為或突發(fā)事件能非常迅速地做出反應(yīng)，發(fā)出報(bào)警，智能視頻分析技術(shù)的應(yīng)用必然有助于克服人力疲憊的局限性，從而更加有效地協(xié)助保安人員處理突發(fā)事件。

智能視頻分析技術(shù)的計(jì)算方法包括背景模型法和和時(shí)間差分法。背景模型法是通過(guò)將當(dāng)前視頻圖像與背景視頻圖像的差分（SAD）來(lái)檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)區(qū)域，并提供對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的完整的特征信息數(shù)據(jù)，這種計(jì)算方法的特點(diǎn)是具有較好的性能和較高的精確度和靈敏度。背景模型法的關(guān)鍵是對(duì)于背景的建模和自適應(yīng)，背景的建模通常是在系統(tǒng)設(shè)置的時(shí)候設(shè)置系統(tǒng)自適應(yīng)學(xué)習(xí)時(shí)間，學(xué)習(xí)時(shí)間大概是3～5 min，通過(guò)背景的實(shí)際“熱鬧程度”確定。同時(shí)，背景系統(tǒng)具有“背景維護(hù)”能力，背景會(huì)隨著時(shí)間變化，將一些后來(lái)融入背景的視頻圖像，自動(dòng)加為背景，做出相應(yīng)的改變。時(shí)間差分法又稱相鄰幀差法，是高級(jí)的VMD，這種計(jì)算方法的實(shí)質(zhì)是通過(guò)將相鄰幀圖像相減獲取對(duì)前景目標(biāo)的移動(dòng)信息，即利用視頻圖像特征，獲取需要的動(dòng)態(tài)圖像目標(biāo)信息，獲得的途徑是通過(guò)這種計(jì)算方法在連續(xù)的視頻流中提取到[1]。智能視頻分析技術(shù)通過(guò)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中增設(shè)視頻智能分析服務(wù)器，在視頻智能分析服務(wù)器中加載各種視頻分析方法，以滿足指定監(jiān)控點(diǎn)對(duì)各種視頻智能分析的需求，達(dá)到在住宅小區(qū)等場(chǎng)所環(huán)境下的智能應(yīng)用。

2 智能視頻分析技術(shù)的應(yīng)用

本文介紹的視頻智能分析技術(shù)在住宅小區(qū)安保的應(yīng)用主要包括重要場(chǎng)合人流統(tǒng)計(jì)、周界防范預(yù)警和異常行為分析。重要場(chǎng)合人流統(tǒng)計(jì)能提供準(zhǔn)確的人群流動(dòng)量、人群流動(dòng)方向的統(tǒng)計(jì)及分析數(shù)據(jù)；周界防范預(yù)警對(duì)于用戶設(shè)定檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的異常進(jìn)入、離開(kāi)、出現(xiàn)等進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)、計(jì)數(shù)與報(bào)警；異常行為分析可對(duì)目標(biāo)異常情況或異常行為進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警。

小區(qū)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)由攝像機(jī)、DVS/DVR、流媒體服務(wù)器、智能視頻分析服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器和客戶端等組成，智能視頻分析服務(wù)器包含人流統(tǒng)計(jì)分析模塊、周界檢測(cè)分析模塊、異常行為分析模塊等，對(duì)流媒體服務(wù)器傳送的視頻流進(jìn)行智能分析。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)適用于多級(jí)聯(lián)網(wǎng)的集中監(jiān)控管理結(jié)構(gòu)，也能夠適應(yīng)模擬視頻或者數(shù)字視頻輸入，返回事件預(yù)警信息，以便視頻監(jiān)控平臺(tái)采取實(shí)時(shí)視頻流彈出，聲光電報(bào)警等方式提醒安保人員，使視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到更為有效的使用。

通過(guò)小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)融入智能視頻分析技術(shù)，在傳統(tǒng)視頻監(jiān)控中增加智能視頻分析服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)人流統(tǒng)計(jì)分析、周界防范預(yù)警、異常行為分析檢測(cè)等智能應(yīng)用，應(yīng)用到住宅小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，使家庭人員、車(chē)輛、財(cái)產(chǎn)安全得到有利保障。

2.1 小區(qū)人流統(tǒng)計(jì)

小區(qū)人流統(tǒng)計(jì)是采用基于模型的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)小區(qū)口出入人數(shù)和提供人群流動(dòng)方向等信息。

人數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊，每間隔幾分鐘輸出一條記錄信息，包括時(shí)間、出入人數(shù)等，這些信息是人流統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的原始信息[2]，記錄進(jìn)出設(shè)定區(qū)域的人數(shù)，系統(tǒng)保證它們?cè)谌魏吻闆r下都不會(huì)被篡改。每一條原始記錄被復(fù)制成兩份，其中一份發(fā)送給智能視頻分析服務(wù)器，另一份則直接存入攝像機(jī)前端本地備份。這種設(shè)計(jì)使得數(shù)據(jù)服務(wù)器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，攝像機(jī)前端端上的人數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊仍然能夠正常工作，服務(wù)器恢復(fù)正常后，滯留的數(shù)據(jù)將從攝像機(jī)前端備份中提取重新發(fā)送給智能視頻分析服務(wù)器。

人數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊將記錄的原始信息發(fā)送給智能視頻分析服務(wù)器，智能視頻分析服務(wù)器將數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存到中心數(shù)據(jù)庫(kù)，并自動(dòng)定期維護(hù)中心數(shù)據(jù)庫(kù)，檢測(cè)是否有異常信息，如有異常信息進(jìn)行修訂，并生成數(shù)據(jù)報(bào)表[3]。

客戶端軟件是用戶操縱數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊的主要方式，通過(guò)它用戶可以隨時(shí)了解攝像機(jī)前端的運(yùn)行情況，監(jiān)控各區(qū)域的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，查詢或者修訂中心數(shù)據(jù)庫(kù)的歷史數(shù)據(jù)。特別地，攝像機(jī)前端還可以向用戶提供指定區(qū)域的實(shí)時(shí)視頻畫(huà)面。此外，對(duì)系統(tǒng)各類功能的配置也都可以通過(guò)監(jiān)控客戶端實(shí)現(xiàn)。

2.2 周界防范預(yù)警

周界防范預(yù)警是采用智能分析算法，對(duì)視頻監(jiān)控區(qū)域出現(xiàn)的單向越界、雙向越界、區(qū)域闖入、區(qū)域離開(kāi)等行為做出準(zhǔn)確判斷并發(fā)出報(bào)警信息。

數(shù)字視頻傳輸至DVR后，再通過(guò)流媒體服務(wù)器傳輸?shù)街悄芤曨l分析服務(wù)器中，對(duì)接收視頻實(shí)時(shí)分析，經(jīng)過(guò)視頻分析處理后的報(bào)警信息如報(bào)警時(shí)間、報(bào)警截圖等一方面可以直接向網(wǎng)絡(luò)輸出，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的接收；另一方面經(jīng)視頻分析處理后的報(bào)警信息向平臺(tái)進(jìn)行發(fā)送，然后通過(guò)平臺(tái)再做報(bào)警方式的選擇以及對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步輸出，最終實(shí)現(xiàn)客戶端的實(shí)時(shí)預(yù)警。

周界防范預(yù)警主要包含5個(gè)功能，實(shí)現(xiàn)進(jìn)入禁區(qū)報(bào)警、離開(kāi)禁區(qū)報(bào)警、單向越界報(bào)警、雙向越界報(bào)警和聚眾檢測(cè)報(bào)警。周界防范預(yù)警應(yīng)用示意如圖2所示。

1）進(jìn)入禁區(qū)功能：事先設(shè)定禁區(qū)范圍，當(dāng)有人、車(chē)輛等進(jìn)入設(shè)定區(qū)域，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提醒保安人員及時(shí)處理[4]。

2）離開(kāi)禁區(qū)功能：事先設(shè)定禁區(qū)范圍，當(dāng)有人、車(chē)輛等離開(kāi)設(shè)定區(qū)域，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提醒保安人員及時(shí)處理[4]。

3）單向越界功能：事先設(shè)定單向邊界檢測(cè)，當(dāng)有人、車(chē)輛等從設(shè)定方向越過(guò)設(shè)定邊界，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提醒保安人員及時(shí)處理[4]。

4）雙向越界功能：事先設(shè)定雙向邊界檢測(cè)，當(dāng)有人、車(chē)輛等從任意方向越過(guò)邊界，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提醒保安人員及時(shí)處理[4]。

5）聚眾檢測(cè)功能：通過(guò)區(qū)域內(nèi)人群的密集程度獲得擁擠的估計(jì)值，檢測(cè)是否有群體聚集現(xiàn)象。典型應(yīng)用如廣場(chǎng)、出入口、交通要道等。

通過(guò)周界防范預(yù)警的應(yīng)用，可以對(duì)小區(qū)周界進(jìn)行安全防護(hù)，一旦出現(xiàn)有人或車(chē)輛進(jìn)入小區(qū)，便會(huì)發(fā)出報(bào)警，提醒安保人員進(jìn)行防范；對(duì)小區(qū)內(nèi)設(shè)定禁入?yún)^(qū)域如車(chē)輛禁停區(qū)域，一旦有車(chē)輛進(jìn)入便會(huì)發(fā)出報(bào)警，體系安保人員及時(shí)處理。

2.3 異常行為分析

異常行為分析涉及圖像處理、模式識(shí)別、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域的智能視頻分析。它能夠?qū)σ曨l區(qū)域出現(xiàn)的打架斗毆、敏感區(qū)域滯留、物品遺留、聚眾檢測(cè)等異常行為進(jìn)行分析，并對(duì)于視頻指定區(qū)域內(nèi)的可疑行為進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)記，及時(shí)對(duì)可疑事件進(jìn)行報(bào)警。異常行為分析需事先設(shè)定被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的大小和種類等，根據(jù)被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，在同一視頻畫(huà)面下可同時(shí)設(shè)定多個(gè)目標(biāo)，監(jiān)測(cè)其不同的行為，異常行為分析具有自動(dòng)行為分析的特點(diǎn)。

1）模擬視頻可以直接從模擬攝像機(jī)到智能視頻分析服務(wù)器進(jìn)行分析；也可以走矩陣對(duì)需要接入的視頻源向智能識(shí)別預(yù)警服務(wù)器進(jìn)行切換。另外模擬視頻還可以傳輸至DVR或者DVS轉(zhuǎn)化為數(shù)字視頻后，再通過(guò)智能視頻分析服務(wù)器對(duì)視頻源實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析。

2）數(shù)字視頻傳輸至流媒體服務(wù)器后，再通過(guò)智能視頻分析服務(wù)器對(duì)接收視頻實(shí)時(shí)分析，也可以直接從數(shù)字?jǐn)z像機(jī)到智能視頻分析服務(wù)器進(jìn)行分析。

3）經(jīng)過(guò)視頻分析處理后的報(bào)警信息如報(bào)警時(shí)間、報(bào)警截圖等一方面可以直接向網(wǎng)絡(luò)輸出，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的接收；另一方面經(jīng)視頻分析處理后的報(bào)警信息同樣可以向視頻監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行發(fā)送，然后通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)再做報(bào)警方式的選擇以及對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步輸出，最終實(shí)現(xiàn)客戶端的實(shí)時(shí)預(yù)警。在這過(guò)程中，用戶可以直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)客戶端實(shí)現(xiàn)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信息設(shè)置和有效管理；也可以通過(guò)視頻監(jiān)控平臺(tái)對(duì)接入的智能視頻進(jìn)行系統(tǒng)信息的設(shè)置和統(tǒng)一管理。

異常行為分析主要包含3個(gè)功能，實(shí)現(xiàn)打架檢測(cè)報(bào)警、滯留徘徊報(bào)警、物品遺留拾取報(bào)警。異常行為分析應(yīng)用示意如圖3所示。

1）打架檢測(cè)功能：檢測(cè)是否有打架、斗毆事件，以防事件的進(jìn)一步惡化，是住宅小區(qū)治安監(jiān)控的重要組成部分。

2）滯留徘徊功能：事先設(shè)定區(qū)域范圍和時(shí)長(zhǎng)，當(dāng)有人或車(chē)輛在設(shè)定區(qū)域內(nèi)停留時(shí)間或徘徊時(shí)間超過(guò)設(shè)定的時(shí)長(zhǎng)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提醒保安人員及時(shí)處理[4]。

3）物品遺留拾取功能：事先設(shè)定區(qū)域范圍和時(shí)長(zhǎng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有可疑物品在設(shè)定區(qū)域內(nèi)遺留，遺留時(shí)間也超過(guò)了設(shè)定時(shí)長(zhǎng)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提醒保安人員及時(shí)處理[4]。

3 結(jié)束語(yǔ)

智能視頻分析技術(shù)在住宅小區(qū)安保的應(yīng)用，具有很廣闊的發(fā)展前景，在智能小區(qū)物業(yè)管理行業(yè)的應(yīng)用也將跨入快速增長(zhǎng)時(shí)期，通過(guò)引進(jìn)重要場(chǎng)合人流統(tǒng)計(jì)、周界防范預(yù)警、異常行為分析技術(shù)，在住宅小區(qū)的出入口、停車(chē)場(chǎng)、周界等重要部位進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控和智能分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)出入小區(qū)的人、車(chē)輛及突發(fā)事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與原視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，形成全方位的安全保衛(wèi)系統(tǒng)，滿足了當(dāng)前智能化住宅小區(qū)的發(fā)展水平。

[1]張秀峰，孫余順，田海燕.智能視頻分析概觀[J].智能建筑與城市信息，2010（9）：69-77.

[2]淺談智能視頻監(jiān)控分析技術(shù)極其應(yīng)用分析[EB/OL].[2012-03-22].http：//www.asmag.com.cn/technic/th-32527-new-2.shtml.

[3]智能視頻產(chǎn)品與應(yīng)用事件檢測(cè)與行為分析[EB/OL].[2012-03-22].http：//fangan.afb2b.cn/200808/31100.html.

[4]恒業(yè)國(guó)際.智能視頻分析在數(shù)字監(jiān)獄中的應(yīng)用[J].中國(guó)公共安全：綜合版，2010(10)：55-57.