公安視頻圖像信息應(yīng)用模型分析*

□陸　婷，趙問道（.臺州市公安局，浙江臺州　38000）（.浙江大學，浙江杭州　30058）

?

公安視頻圖像信息應(yīng)用模型分析*

□陸婷1，趙問道2
（1.臺州市公安局，浙江臺州318000）
（2.浙江大學，浙江杭州310058）

摘要：從分析視頻監(jiān)控本質(zhì)內(nèi)涵和視頻偵查活動的本質(zhì)含義出發(fā)，提出了虛擬視頻防范空間的概念，構(gòu)建了公安視頻圖像信息應(yīng)用模型，該模型可以很好地指導平安城市前端設(shè)備的科學布點、前端設(shè)備選型以及實戰(zhàn)應(yīng)用平臺開發(fā)等。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控；視頻圖像信息；信息應(yīng)用模型

*此文系2014年公安部應(yīng)用創(chuàng)新計劃資助項目“分層次網(wǎng)格化社會治安視頻防控系統(tǒng)”（項目編號：2014YYCXZJST019）之階段性成果。

一、引言

傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)只能提供連續(xù)的視頻流，包括實時視頻和歷史視頻錄像，要在連續(xù)的視頻流信息中定位查找特定目標內(nèi)容，只能靠人工連續(xù)的查看，無法進行快速檢索、自動比對以及與其他公安業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)內(nèi)容進行關(guān)聯(lián)碰撞等，同時，社會治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與交警電子警察、智能卡口等系統(tǒng)相對獨立，在內(nèi)容上是完全不同類型的信息內(nèi)容，從本質(zhì)上無法進行深度整合，這就決定了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控應(yīng)用的局限性，即主要依靠“人海戰(zhàn)術(shù)”，要么是靠值機人員通過人工實時視頻巡邏來發(fā)現(xiàn)案發(fā)情況或捕捉可疑人員；要么是案發(fā)后，靠偵查人員查看錄像來獲取線索。由于受到傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)路線的局限，在視頻中搜索線索是一種“碰運氣”的、海底撈針式的搜索，在大要案偵破中“人海戰(zhàn)術(shù)”看視頻屢見不鮮，因此，偵查效率較低。

隨著視頻智能分析技術(shù)的發(fā)展，人們寄希望于智能視頻分析技術(shù)能解決傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用局限，因此，視頻濃縮播放、視頻檢索、以“圖”搜“圖”、人臉識別等技術(shù)與應(yīng)用工具得到快速發(fā)展，這些技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上可以提高事后倒查的錄像查看效率，但在實際應(yīng)用中人們發(fā)現(xiàn)，單純依靠視頻智能分析技術(shù)并不能從根本上解決問題，因為系統(tǒng)建設(shè)仍然是傳統(tǒng)的技術(shù)驅(qū)動建設(shè)模式，依然無法避免大海撈針式、碰運氣式的錄像查找，只是可以把沒有運動目標部分的錄像跳過去，從而減少看錄像的工作量。另外，由于諸如視頻檢索、以“圖”搜“圖”、人臉識別等技術(shù)遠沒有達到成熟程度，實際應(yīng)用成效不夠明顯，難以成為普適的偵查手段。這種狀況使得人們在視頻監(jiān)控實戰(zhàn)應(yīng)用深化發(fā)展過程中失去了方向，在實際建設(shè)中主要停留在基于經(jīng)驗的亮點功能開發(fā)上，沒有系統(tǒng)性的方法來提高視頻在案事件偵破中的作用。

產(chǎn)生這種問題的根本原因在于缺乏視頻圖像信息應(yīng)用模型，難以科學地指導視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)。本文通過對視頻監(jiān)控本質(zhì)內(nèi)涵以及視頻偵查活動的分析構(gòu)建起公安視頻圖像信息應(yīng)用模型，并從應(yīng)用模式出發(fā)提出面向應(yīng)用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的若干約束條件，以求對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與建設(shè)有一定的指導作用。

二、視頻監(jiān)控的本質(zhì)內(nèi)涵分析

視頻監(jiān)控系統(tǒng)從本質(zhì)上說是一種分布式的遠程監(jiān)控現(xiàn)場可視化信息采集與存儲系統(tǒng)。視頻監(jiān)控圖像通過對特定時空范圍內(nèi)的活動場景進行記錄，以提供監(jiān)控對象的特征、狀態(tài)及活動軌跡等信息，是信息生成和傳播的載體。其中與各警種業(yè)務(wù)相關(guān)的視頻圖像內(nèi)容信息有：特定時空范圍內(nèi)的人員信息、物品信息（特別是車輛信息）、案事件信息等。視頻監(jiān)控之所以對公安實戰(zhàn)有越來越重要的價值，就在于公安工作可以從視頻監(jiān)控系統(tǒng)中獲得執(zhí)行其業(yè)務(wù)所需的視頻圖像信息。對視頻偵查來說，偵查人員可以從視頻監(jiān)控系統(tǒng)中獲取用以直接或間接確定犯罪嫌疑人身份的視頻圖像信息。

因此，從視頻監(jiān)控中獲取的視頻圖像信息才是視頻監(jiān)控的本質(zhì)內(nèi)涵與真正價值所在。視頻監(jiān)控實戰(zhàn)應(yīng)用的本質(zhì)是一個信息處理過程，偵查人員采集、整理、共享、分析與案件相關(guān)的視頻監(jiān)控圖像資料，目的是從中獲取有助于案件偵破的各類信息。[1]

為什么會出現(xiàn)大海撈針式的、碰運氣式的錄像查找現(xiàn)象？這是因為并不是建立了視頻監(jiān)控系統(tǒng)就一定能在視頻偵查中找到能有效地發(fā)揮作用的視頻圖像信息資料。過去十年平安城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)所采用的應(yīng)用理論模型還停留在傳統(tǒng)安全防范系統(tǒng)的防控模型上，視頻監(jiān)控是作為安全防范系統(tǒng)的組成部分而發(fā)展起來的。安全防范系統(tǒng)的理論模型基于“探測—延遲—反應(yīng)”框架，針對的是半封閉的建筑物或群，其核心系統(tǒng)是入侵報警系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)和安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)在其中的探測環(huán)節(jié)，提供人工遠程探測的可視化信息采集功能和反應(yīng)環(huán)節(jié)中的記錄功能。將安全防范技術(shù)應(yīng)用到公共開放區(qū)域的社會治安防控時，安防系統(tǒng)中最核心的入侵報警系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等根本無法使用，只有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可視化遠程探測功能和記錄功能可以得到應(yīng)用，因此，在平安城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的大規(guī)模建設(shè)過程中,一直以來基本上是依靠經(jīng)驗進行設(shè)計與建設(shè)的，一是根據(jù)傳統(tǒng)安全防范系統(tǒng)工程經(jīng)驗；二是根據(jù)治安、刑偵等警種對案事件發(fā)生可能性的經(jīng)驗判斷。這直接導致視頻監(jiān)控在實戰(zhàn)應(yīng)用中面臨著巨大的挑戰(zhàn)：一是隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，視頻圖像靠人工根本看不過來，這使大部分視頻監(jiān)控前端的實時探測功能作用越來越弱化；二是由于缺乏系統(tǒng)性的方法導致所記錄的監(jiān)控視頻在公安實戰(zhàn)應(yīng)用時有效性比較低，如由于記錄的內(nèi)容仍然停留在連續(xù)視頻流上，使得采用所記錄的視頻進行倒查的效率極低；三是不能很好地適應(yīng)經(jīng)濟社會的發(fā)展，對現(xiàn)代社會的高流動性適應(yīng)性不足，對機動車、電動自行車等整體被盜防控能力嚴重缺乏，導致在突發(fā)事件處置中的實時防控能力不足。

要使視頻監(jiān)控系統(tǒng)能在視頻偵查中真正有效地發(fā)揮作用，核心在于從視頻監(jiān)控系統(tǒng)中獲取能以直接或間接方式確定犯罪嫌疑人身份的視頻圖像信息。

三、以新信息世界觀看視頻偵查活動的本質(zhì)含義

傳統(tǒng)的偵查活動主要是在物理世界和人類社會中進行的，當在物理世界中（當然必定會涉及到人）有一個案事件發(fā)生時，偵查人員通過現(xiàn)場勘查、偵查實驗、偵查辨認、偵查訊問、扣押等手段進行偵破，主要的偵查活動都是在物理世界和人類社會中進行的。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了反應(yīng)人類社會在物理世界中的活動情況以及人類社會相互之間交流情況的信息世界。新信息世界觀認為，物理世界、信息世界和人類社會組成了三元世界。從視頻監(jiān)控中獲取的視頻圖像信息是信息世界的組成部分。獲取與實戰(zhàn)業(yè)務(wù)相關(guān)視頻圖像信息，并在物理世界和人類社會中進行執(zhí)行（身份落地），這是視頻偵查活動的內(nèi)在邏輯（見下圖）。

基于新信息世界觀的視頻偵查活動邏輯示意圖

因此，視頻偵查的核心關(guān)鍵是能找到可以有效落地執(zhí)行的視頻圖像信息?？偨Y(jié)目前視頻偵查活動中的各類技戰(zhàn)法，基于視頻圖像信息的有效執(zhí)行方法（基于視頻圖像信息的犯罪嫌疑人身份特征落地方法）可以分成以下幾類。[1]

（一）視頻巡邏與地面巡邏聯(lián)動，通過實時監(jiān)控抓現(xiàn)行。這種方法主要對街面犯罪比較有效，而且需要一支專門的視頻巡邏隊伍協(xié)同才能發(fā)揮作用。

（二）從卡口、電子警察等系統(tǒng)獲得車牌號碼，后通過機動車信息數(shù)據(jù)庫獲取車主信息，再進一步追蹤到犯罪嫌疑人。隨著平安城市建設(shè)中越來越多采用卡口技術(shù)進行防控體系建設(shè)，這種方法在視頻偵查中的作用將會越來越大。

（三）從視頻監(jiān)控系統(tǒng)中獲得犯罪嫌疑人的人臉圖片，通過人臉識別系統(tǒng)獲取犯罪嫌疑人的身份信息。這種方法依賴于兩個條件：第一是已經(jīng)建立一個能涵蓋大部分犯罪嫌疑人在內(nèi)的人臉數(shù)據(jù)庫，由于犯罪嫌疑人的地域不確定性，這個人臉數(shù)據(jù)庫從理論上來說需要覆蓋全國人口才行；第二是在這樣巨大的數(shù)據(jù)庫中進行人臉比對中，必須漏警概率足夠低且誤警概率控制在一定范圍內(nèi)。目前，對于有前科的或本地化的犯罪嫌疑人等人臉識別能相對較好地發(fā)揮作用，但作為一種系統(tǒng)化的方法，限制因素還是比較多的。

（四）從視頻監(jiān)控系統(tǒng)中獲取能反映犯罪嫌疑人或車輛空間活動軌跡的視頻圖像信息。有兩種方法可以獲取犯罪嫌疑人的身份信息：第一種是與技偵技術(shù)進行合成，從而獲得犯罪嫌疑人的手機信息，進一步確定犯罪嫌疑人的身份信息。第二種是從犯罪嫌疑人的空間活動軌跡中獲得犯罪嫌疑人出入銀行、賓館、網(wǎng)吧等留有身份信息的線索，[2]或從犯罪嫌疑人空間活動軌跡信息中分析研判出犯罪嫌疑人的居住地或落腳點，再結(jié)合常規(guī)偵查技術(shù)找到犯罪嫌疑人。只要視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計得科學合理，就可以確保從視頻中獲取犯罪嫌疑人或車輛的空間活動軌跡信息，因此，這是一種系統(tǒng)化的視頻偵查方法。

綜上所述，最有效的落地偵查手段是通過視頻監(jiān)控獲取車牌信息和人、車等的空間活動軌跡。人臉識別技術(shù)和視頻巡邏等目前無法成為系統(tǒng)化的落地手段，但是非常有效的補充手段。

四、公安視頻圖像信息應(yīng)用模型

根據(jù)上述分析，我們構(gòu)建以下的公安視頻圖像信息應(yīng)用模型。

（一）虛擬視頻防范空間的構(gòu)建。視頻監(jiān)控本質(zhì)上是對城市空間一定區(qū)域的局部開放公共空間中人類活動信息的采集，一個城市所有攝像頭采集的信息構(gòu)成一個反應(yīng)時空四維空間活動狀況的虛擬的視頻防范空間，這種虛擬四維空間是不連續(xù)的，由局部的空間斷面信息組成。正是因為這種不連續(xù)性，對視頻圖像信息的采集提出了一定的約束條件。從一個城市所有攝像頭獲取的視頻圖像信息要確保能提供實戰(zhàn)業(yè)務(wù)所需的有效的信息，否則，視頻防范空間無法起到有效作用。

從視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集的視頻圖像信息必須是必要和充分的，才能保證視頻實戰(zhàn)的應(yīng)用效率。必要指的是采集斷面沒有漏洞，從而犯罪嫌疑人無法從這一斷面通過而不被采集到視頻圖像信息；充分是指采集點位密度足夠，采集點位之間應(yīng)建立合理的邏輯關(guān)系，從而可以有效還原出犯罪嫌疑人的空間軌跡。

（二）在虛擬視頻防范空間中的偵查活動。視頻圖像信息應(yīng)用的實質(zhì)是在視頻防范空間中的虛擬偵查[3]，虛擬偵查的關(guān)鍵是能系統(tǒng)化地、高效地獲取可以有效執(zhí)行的視頻圖像信息。

要在虛擬視頻防范空間中開展系統(tǒng)化的虛擬偵查活動，必須充分利用虛擬視頻防范空間的四維空間特征以及城市犯罪行為的時空特征，從而構(gòu)建起系統(tǒng)化的虛擬視頻偵查技戰(zhàn)法。虛擬視頻防范空間的四維空間特征由城市空間結(jié)構(gòu)特征和前端采集攝像機之間的邏輯關(guān)系決定，城市空間是由河流、山脈等自然阻隔以及建筑物等，通過道路、街道等連接起來，因此，組成虛擬視頻防范空間的視頻圖像信息可以基于這種空間特征和前端攝像機之間的邏輯關(guān)系進行組織，形成虛擬視頻防范空間中視頻圖像信息的邏輯關(guān)系模型。這種邏輯關(guān)系模型可以采用圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等來表達，基于該視頻圖像信息的邏輯關(guān)系模型和城市犯罪行為的時空特征可以形成系統(tǒng)化的虛擬視頻偵查技戰(zhàn)法。

要在虛擬視頻防范空間中高效地開展虛擬偵查活動，須充分利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、視頻圖像智能分析技術(shù)等計算手段，總結(jié)形成基于虛擬視頻防范空間中視頻圖像信息的自動化偵查技戰(zhàn)法，如車輛查緝布控、套牌車分析、尾隨車分析等，多卡口攝像機的時空與目標特征聯(lián)合分析等。

在虛擬視頻防范空間中的偵查活動結(jié)果是獲取嫌疑車輛的車牌信息和人、車等運動嫌疑目標的空間活動軌跡。[4]

（三）基于從虛擬視頻防范空間獲得的視頻圖像信息的有效執(zhí)行。

根據(jù)獲取的嫌疑車輛的車牌信息，可通過車輛管理系統(tǒng)獲取車主信息，從而取得突破。

根據(jù)獲得的人、車等運動嫌疑目標的空間活動軌跡，通過對在整個活動軌跡空間中運動嫌疑目標的活動行為進行分析，如是否有犯罪嫌疑人出入銀行、賓館、網(wǎng)吧等的行為；是否有犯罪嫌疑人的通信行為；是否有遺留犯罪嫌疑人喝過的飲料瓶盒或吸過的香煙等，從中提取出帶有犯罪嫌疑人身份特征的落地信息，根據(jù)嫌疑目標的空間活動軌跡特征還可進行落腳點分析。

最后，將分析提取結(jié)果與刑事技術(shù)、技偵、網(wǎng)偵等其他偵查手段進行合成，從而完成犯罪嫌疑人身份的確認。

五、視頻圖像信息應(yīng)用模型對平安城市建設(shè)的指導意義

公安視頻圖像信息應(yīng)用模型對平安城市建設(shè)具有以下指導意義。

（一）對前端科學布點的指導意義。為了保證所建立的虛擬視頻防范空間的有效性，前端攝像頭的布點必須滿足一定的規(guī)則條件，其中最重要的有兩條：一是防控斷面不能有盲區(qū)，確保從這一斷面經(jīng)過的所有移動對象均能被采集到視頻或圖片；二是對于圍繞一定的區(qū)域范圍的所有斷面應(yīng)該構(gòu)成封閉區(qū)域，從而保證所有進入該區(qū)域的所有移動對象均能被采集到視頻或圖片，而且，圍繞一定的區(qū)域范圍的封閉區(qū)域應(yīng)該有多層，最好能保證三層以上，這樣就可以確保能從視頻監(jiān)控系統(tǒng)中采集到移動對象的空間活動軌跡信息。這兩條規(guī)則可以有效地指導進行前端的科學布點。

（二）對前端設(shè)備選型的指導意義。從前述分析知道，車牌信息是一種有效的落地偵查手段，因此，上述防控模型中攝像機應(yīng)該采用具有車牌抓拍、車牌號碼識別的攝像機，這樣可以確保獲得所有進入防控區(qū)域的機動車車牌號碼軌跡信息，從而在提高采集圖像有效性的同時，大幅提升視頻偵查的效率。而且，可使系統(tǒng)具有強大的機動車被盜實時防控能力。

（三）對實戰(zhàn)應(yīng)用平臺開發(fā)的指導意義。上述視頻圖像信息應(yīng)用模型指明了實戰(zhàn)應(yīng)用平臺的開發(fā)方向，其重點應(yīng)該是圍繞能有效執(zhí)行的視頻圖像信息、高效的虛擬視頻偵查技戰(zhàn)法，如基于融合了城市空間特征的前端攝像頭邏輯關(guān)系模型的系統(tǒng)化的視頻偵查方法；基于視頻圖像信息數(shù)據(jù)庫的自動化偵查技戰(zhàn)法，如車輛查緝布控、套牌車分析、尾隨車分析等；多卡口攝像機的時空與目標特征聯(lián)合分析等。

六、結(jié)語

本文從分析視頻監(jiān)控本質(zhì)內(nèi)涵出發(fā)，從新信息世界觀角度分析了視頻偵查活動的本質(zhì)含義，在此基礎(chǔ)上提出了虛擬視頻防范空間的概念，構(gòu)建了公安視頻圖像信息應(yīng)用模型，該模型對平安城市科學布點、前端設(shè)備選型以及實戰(zhàn)應(yīng)用平臺開發(fā)等方面均具有較好的指導意義。

參考文獻：

[1]陳剛，續(xù)磊.視頻監(jiān)控圖像偵查方法研究[J].中國人民公安大學學報（社會科學版），2012（3）.

[2]孫展明，尹偉中.論視頻圖像偵查[J].中國人民公安大學學報（自然科學版），2011（3）.

[3]郝宏奎.論虛擬偵查[J].中國人民公安大學學報（社會科學版），2008（1）.

[4]徐雯.論視頻監(jiān)控在虛擬偵查領(lǐng)域的應(yīng)用[J].江西公安?？茖W校學報，2008（6）.

（責任編輯：郭建華）

作者簡介：陸婷，浙江省臺州市公安局科技信通處處長；趙問道，浙江大學信息與通信工程研究所副教授，浙江立元通信技術(shù)股份有限公司董事長。

收稿日期：2015-12-13

中圖分類號：D631

文獻標識碼：A

文章編號：1674-3040（2016）01-0056-04