淺談智能視頻監(jiān)控技術(shù)及其主要應(yīng)用

韓國(guó)強(qiáng)

（河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司 河北 石家莊 050200）

淺談智能視頻監(jiān)控技術(shù)及其主要應(yīng)用

韓國(guó)強(qiáng)

（河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司 河北 石家莊 050200）

在對(duì)智能視頻監(jiān)控技術(shù)內(nèi)容和框架深入了解的基礎(chǔ)上，對(duì)智能視頻監(jiān)控技術(shù)的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，同時(shí)針對(duì)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，然后從安全相關(guān)類和非安全相關(guān)類2個(gè)方面對(duì)智能視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用層面進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述，最后提出了智能視頻分析前端系統(tǒng)、三維全景多視角監(jiān)控系統(tǒng)、視頻警戒系統(tǒng)、視頻圖像甄別處理系統(tǒng)和高空瞭望監(jiān)控系統(tǒng)5種智能視頻監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)。

智能視頻 監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)控技術(shù) 應(yīng)用

1 引言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的演變經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段，即模擬監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)（遠(yuǎn)程數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)）和大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)(網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和視頻服務(wù)器)。目前，在現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)脫穎而出，一舉成為時(shí)代的姣姣者[1]。

智能視頻監(jiān)控以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控為基礎(chǔ)，自動(dòng)識(shí)別不同物體，監(jiān)控畫面異常情況，通過(guò)最佳方式為工作人員提供有效信息，從而處理整個(gè)系統(tǒng)的潛在危機(jī)。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要利用計(jì)算機(jī)的優(yōu)良計(jì)算能力和數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)視頻中的各個(gè)畫面進(jìn)行快速精準(zhǔn)的分析，從而增加信息的精粹性和價(jià)值性。視頻監(jiān)控系統(tǒng)想要不斷趨近網(wǎng)絡(luò)化和智能化，最重要的就是滿足整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)，從而使計(jì)算機(jī)能夠發(fā)揮其最大的功效[2]。就目前智能視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，還存在著一定的不足，很多方面都需要進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)與優(yōu)化。

2 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)

智能視頻監(jiān)控技術(shù)的研究和發(fā)展主要是以BELLSENT獨(dú)創(chuàng)的VTD專利技術(shù)為核心的，是計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的一種，借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景的視頻圖像內(nèi)容進(jìn)行分析，提取場(chǎng)景中的關(guān)鍵信息，過(guò)濾掉視頻畫面無(wú)用的或干擾信息，并形成相應(yīng)事件和告警的監(jiān)控方式，從而使計(jì)算機(jī)能夠根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)描述視頻中的各個(gè)畫面，不但讓攝像機(jī)成為人的眼睛，而且可以使計(jì)算機(jī)成為人的大腦[3]。

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程為利用攝像機(jī)及其外接設(shè)備把相應(yīng)的視頻信號(hào)傳送到監(jiān)控終端控制中心，并經(jīng)過(guò)一定的優(yōu)化和分析，對(duì)視頻圖像進(jìn)行一系列的處理，從而為進(jìn)一步調(diào)查提供必要的證據(jù)。從其核心結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)方面講，整個(gè)智能監(jiān)控系統(tǒng)大致分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)分析4個(gè)方面[4]。各方面的主要關(guān)鍵技術(shù)是：①數(shù)據(jù)采集：在使用視頻編碼器時(shí)，應(yīng)保證其頻率大于25fps，只有這樣才能使畫面在人們視覺方面形成連續(xù)的影像；②數(shù)據(jù)編碼：數(shù)據(jù)壓縮根據(jù)MPEG-x等對(duì)應(yīng)的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，并利用基于內(nèi)容的壓縮編碼，從而實(shí)現(xiàn)編碼過(guò)程的高度靈活，盡可能的提升其壓縮比，以帶來(lái)高質(zhì)量的圖像信息存儲(chǔ)的傳遞；③數(shù)據(jù)傳送：利用各種先進(jìn)的信息傳遞通道和網(wǎng)絡(luò)，在保證信息完整性的基礎(chǔ)上，盡量的提升信息傳遞的效率；④數(shù)據(jù)分析：從運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和目標(biāo)跟蹤等多個(gè)方面入手，對(duì)監(jiān)控對(duì)象的行為進(jìn)行全方位的分析，從而獲取更加隱秘和關(guān)鍵的信息。在這之中，通常使用的方法有基于3D的跟蹤和基于特征的跟蹤等。

如圖1所示，智能視頻監(jiān)控技術(shù)在應(yīng)用中首先是利用各種攝像頭或其他圖像獲取設(shè)備來(lái)進(jìn)行目標(biāo)圖像的獲取；其次再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和預(yù)處理工作，其中數(shù)據(jù)處理主要是把圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的調(diào)整和壓縮，然后儲(chǔ)存到相應(yīng)的空間中去，而預(yù)處理則主要是對(duì)圖像本身進(jìn)行必要的處理，從而增強(qiáng)圖像中的某些部分或恢復(fù)圖像中有瑕疵的部分等；之后進(jìn)行圖像的分析主要是對(duì)圖像中的目標(biāo)進(jìn)行綜合的處理，其中包括目標(biāo)分割、定位和跟蹤等，同時(shí)還要做好對(duì)目標(biāo)特征的全面提取工作；最后進(jìn)入圖像理解流程，主要是根據(jù)目標(biāo)的特征，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步的識(shí)別，并從其行為和威脅等方面對(duì)其進(jìn)行深度的剖析，并進(jìn)行相應(yīng)的處理工作[5]。

圖1 智能視頻監(jiān)控技術(shù)通用結(jié)構(gòu)圖

在圖2中，圖像層主要是攝像頭等外部設(shè)備得到視頻信息以后，對(duì)這些圖像進(jìn)行合理的跟蹤和記錄；特征層主要是根據(jù)圖像層的圖像信息進(jìn)行必要的特征分析，并對(duì)這些圖像信息進(jìn)行分類；行為層是結(jié)合圖像層和特征層的分類和分析結(jié)合對(duì)監(jiān)控目標(biāo)進(jìn)行行為上的分析和理解[6]。

圖2 智能視頻監(jiān)控技術(shù)流程圖

3 智能視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用

智能視頻監(jiān)控技術(shù)主要分為安全相關(guān)類應(yīng)用和非安全相關(guān)類應(yīng)用。

3.1 安全類相關(guān)應(yīng)用

安全相關(guān)類應(yīng)用在目前智能視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用中占有很大的比例，特別是世界各國(guó)關(guān)于恐怖襲擊等事件越來(lái)越多，更刺激了其在安全相關(guān)類方面的應(yīng)用。這方面，安全相關(guān)類應(yīng)用主要分為5種[7]：

①高級(jí)視頻移動(dòng)偵測(cè)(Advanced VMD)：主要是在大風(fēng)大霧等惡劣天氣中，精準(zhǔn)的進(jìn)行監(jiān)控和分析工作；②物體追蹤(Motion Tracking):結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)情況，在其離開監(jiān)控區(qū)域以前進(jìn)行全方位的監(jiān)控和記錄工作；③人臉面部識(shí)別(Facial Detection)：通過(guò)人臉的面部特征，與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行比較與核實(shí)，以確定監(jiān)控人的身份（分為合作型和非合作型）；④車輛識(shí)別（Vehicle Identification）：根據(jù)監(jiān)控信息把車輛的外在參數(shù)提供給監(jiān)控者，從而給下一步調(diào)查做基礎(chǔ)?？梢杂迷诒槐I車輛追蹤等場(chǎng)景中；⑤非法滯留(Object Persistence)：對(duì)在監(jiān)控區(qū)域停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的物體（比如包裹和車輛）進(jìn)行綜合的監(jiān)控。典型的應(yīng)用場(chǎng)景包括機(jī)場(chǎng)和火車站等。

3.2 非安全相關(guān)類應(yīng)用

智能視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用在非安全相關(guān)類方面，主要是在服務(wù)等類行業(yè)，主要被當(dāng)作服務(wù)與管理的必要工具。在實(shí)際應(yīng)用方面：

①人數(shù)統(tǒng)計(jì)：統(tǒng)計(jì)指定區(qū)域的人或物體的數(shù)量，如:計(jì)算光顧商場(chǎng)顧客的數(shù)量；

②人群控制：識(shí)別人群的整體運(yùn)動(dòng)特征，如：人群行走速度和方向等；

③注意力控制：可以用來(lái)評(píng)估新產(chǎn)品或新促銷策略的吸引力，也可以計(jì)算為顧客提供服務(wù)所用的時(shí)間；

④交通流量控制：用于在公路上監(jiān)視交通情況，如:統(tǒng)計(jì)通過(guò)的車輛數(shù)量、平均車速以及是否有非法停靠等。

一般來(lái)說(shuō)，非安全相關(guān)類應(yīng)用對(duì)于智能視頻技術(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，占有的比例更少但涉及的層面卻非常廣泛，給人們的生活帶來(lái)了極大的幫助。

4 智能視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)

4.1 智能視頻分析前端系統(tǒng)

智能視頻分析前端系統(tǒng)利用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)視頻分析技術(shù)，對(duì)視頻中顯示的圖像進(jìn)行必要的辨認(rèn)與科學(xué)的分析，從而得出圖像中各個(gè)物體的動(dòng)作，并且把自然事物（比如風(fēng)、潮汐和光線等）對(duì)圖像的影響降到最低，進(jìn)而增強(qiáng)圖像信息的價(jià)值性與精準(zhǔn)性。如果出現(xiàn)了在安全規(guī)則之外的信息，應(yīng)該及時(shí)的利用網(wǎng)絡(luò)把相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)傳遞到下級(jí)監(jiān)控中心或者移動(dòng)電話中去[8]。一般來(lái)說(shuō)，整個(gè)系統(tǒng)中主要包括雙通道處理單元、系統(tǒng)服務(wù)器和各級(jí)報(bào)警點(diǎn)等。

4.2 三維全景多視角監(jiān)控系統(tǒng)

三維全景多視角監(jiān)控系統(tǒng)是把大量的監(jiān)控?cái)z像頭放在預(yù)設(shè)的區(qū)域，從而使其監(jiān)控到的圖像符合三維模型的構(gòu)建，進(jìn)而把監(jiān)控區(qū)域變成一個(gè)立體的三維模型，以增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)存在物體的跟蹤力度和監(jiān)控精度[9]。

系統(tǒng)主要通過(guò)多個(gè)攝像頭的綜合覆蓋，掃除監(jiān)控區(qū)域中可能存在的盲點(diǎn)，從而讓監(jiān)控人員在監(jiān)控終端能夠觀察到連續(xù)和完整的圖像，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)進(jìn)行無(wú)縫隙的環(huán)繞巡航監(jiān)視。整個(gè)系統(tǒng)主要由相匹配的內(nèi)核、適當(dāng)規(guī)格的GUI等基本的功能模塊以及攝像機(jī)外設(shè)點(diǎn)、報(bào)警點(diǎn)模型和定位設(shè)備等拓展的功能模塊組成的，此系統(tǒng)通常應(yīng)用在易發(fā)生事故的頻繁區(qū)域等。

4.3 視頻警戒系統(tǒng)

視頻警戒系統(tǒng)主要是對(duì)各個(gè)移動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)，并集中監(jiān)控有重大嫌疑的目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)可疑目標(biāo)的智能監(jiān)控與報(bào)警。該系統(tǒng)的主要功能包括4個(gè)方面：①周界警戒：主要是對(duì)跨越用戶預(yù)設(shè)的智能監(jiān)控，并把監(jiān)控和分析內(nèi)容記錄下來(lái)；②運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)：主要是有效地對(duì)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行智能的監(jiān)控，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；③遺留物體：主要是對(duì)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)期存在的物體進(jìn)行必要性監(jiān)控，并分析其行為嫌疑性，進(jìn)而發(fā)出報(bào)警信號(hào)；④徘徊目標(biāo)檢測(cè)：主要是對(duì)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)期徘徊的目標(biāo)進(jìn)行智能的監(jiān)控與科學(xué)的分析，并進(jìn)行下一步的記錄和報(bào)警工作。系統(tǒng)通常情況下都應(yīng)用在銀行、橋梁和倉(cāng)庫(kù)等較為重要的保護(hù)區(qū)域。

4.4 視頻圖像甄別處理系統(tǒng)

視頻圖像甄別處理系統(tǒng)主要是通過(guò)相應(yīng)的視頻圖像甄別處理技術(shù)，把原來(lái)質(zhì)量較差的視頻圖像轉(zhuǎn)化成高質(zhì)量和高清晰度的圖像，從而增強(qiáng)視頻圖像的全面性與精準(zhǔn)性，以方便進(jìn)行下一步的圖像分析工作[10]。系統(tǒng)的功能主要分為4個(gè)方面：①圖像穩(wěn)定：利用相應(yīng)的技術(shù)手段把搖晃不止的圖像轉(zhuǎn)化成相對(duì)穩(wěn)定的視頻圖像；②實(shí)時(shí)全景圖像拼接：利用圖像幀序列相關(guān)技術(shù)把整個(gè)視頻圖像拼接成一個(gè)完成的視頻全景；③視頻融合，對(duì)視頻圖像進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，從而使其各個(gè)層面的圖像呈現(xiàn)出一種互補(bǔ)；④視頻跟蹤：運(yùn)用一定的跟蹤技術(shù)和分析能力對(duì)視頻圖像中的物體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行一定程度的還原與模擬。系統(tǒng)通常情況下都應(yīng)用在監(jiān)控資料的提取、現(xiàn)場(chǎng)偵查等。

4.5 高空瞭望監(jiān)控系統(tǒng)

高空瞭望監(jiān)控系統(tǒng)利用視頻監(jiān)控和智能檢測(cè)等多個(gè)系統(tǒng)，結(jié)合高精度的攝像機(jī)在制高點(diǎn)上進(jìn)行大范圍的視頻監(jiān)控。系統(tǒng)把各個(gè)子系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合在一起，不僅實(shí)現(xiàn)了大范圍的監(jiān)控，還能對(duì)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的某個(gè)事物進(jìn)行特寫監(jiān)控。系統(tǒng)的功能主要有監(jiān)控目標(biāo)定位、目標(biāo)跟蹤監(jiān)控以及定軌跡監(jiān)控等。因?yàn)榇吮O(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)，其應(yīng)用的范圍也很廣泛，主要有森林、城市治安、防控安全以及小區(qū)方位等多個(gè)方面的監(jiān)控。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，人們對(duì)于視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用層面也會(huì)越來(lái)越廣泛。智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化是視頻監(jiān)控發(fā)展的必然趨勢(shì)，而智能視頻監(jiān)控技術(shù)作為視頻監(jiān)控的必然發(fā)展結(jié)果，在未來(lái)的發(fā)展中必將有其新的意義和內(nèi)涵。經(jīng)過(guò)比較深入的探究，較為系統(tǒng)的闡述了智能視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，給廣大監(jiān)控技術(shù)人員帶來(lái)了操作性較強(qiáng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，作為一名優(yōu)秀的監(jiān)控技術(shù)人員，在當(dāng)下更應(yīng)該積極借鑒其他區(qū)域在智能視頻監(jiān)控技術(shù)方面的先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)智能監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。

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Discussion on Intelligent Video Surveillance Technology and its Main Applications

HAN Guo-qiang
(Hebei Far-east Communication System Engineering Co.,Ltd.,Shijiazhuang Hebei 050200,China)

Based on the deeper understanding of contents and frame for intelligent video monitoring technology,this paper briefly introduces the main structure of intelligent video monitoring technology,systematically analyzes the key technologies of intelligent video monitoring system at the same time,and then briefly describes the application level of intelligent video monitoring technology from two aspects:safety-related and non-safety-related classes.Finally,this paper proposes five kinds of intelligent video monitoring application systems such as intelligent video front-end analysis system,3D panoramic multi-view monitoring system,video warning system,video image discrimination and processing system as well as high altitude look-out monitoring system.

intelligent video;monitoring system;monitoring technology;application

TP18

A

1008-1739（2014）02-62-4

定稿日期：2013-12-26