基于視頻的電梯轎廂內(nèi)異常行為檢測(cè)的研究

田紀(jì)蘭

摘 要 本文主要從電梯內(nèi)轎廂人數(shù)判斷、單人異常行為檢測(cè)、多人異常行為檢測(cè)等方面入手，對(duì)基于視頻的電梯轎廂內(nèi)異常行為檢測(cè)進(jìn)行了探討，以期為同行提供參考或借鑒。

關(guān)鍵詞 視頻；電梯轎廂；異常行為；檢測(cè)

在高層建筑中，電梯是人們出行不可缺少的交通工具，其安全性如何會(huì)直接關(guān)系到乘客的人身安全。然而，在電梯內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)單人摔倒、多人突發(fā)打架等情況，對(duì)乘客的人身安全構(gòu)成了巨大傷害。對(duì)電梯的監(jiān)控，現(xiàn)階段多采用傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行人工監(jiān)控，但該方法的不足是誤報(bào)漏報(bào)現(xiàn)象多、人員易疲勞、報(bào)警精度差、錄像數(shù)據(jù)分析難等。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)屬于自動(dòng)監(jiān)控類型的系統(tǒng)，它集計(jì)算機(jī)技術(shù)、視頻分析技術(shù)、圖像處理技術(shù)等為一體，可實(shí)現(xiàn)對(duì)異常行為的自動(dòng)、實(shí)時(shí)檢測(cè)，將傷害程度降至最小。以下是基于視頻的電梯轎廂內(nèi)異常行為檢測(cè)情況分析。

1 傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的缺點(diǎn)

為保障乘客能夠安全乘坐電梯，在大多數(shù)高層建筑內(nèi)，如酒店、賓館、高層小區(qū)、寫字樓等，基本會(huì)進(jìn)行攝像頭的安裝，才能更好地監(jiān)控電梯轎廂內(nèi)的情況。但是，該監(jiān)控系統(tǒng)雖能取得一定效果，但也存在許多不足：①功能過于單一，當(dāng)電梯轎廂內(nèi)出現(xiàn)異常事件時(shí)無法自動(dòng)報(bào)警；②需人工長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控，無法保持時(shí)刻警戒；③錄像數(shù)據(jù)分析的難度大；④大多是事后響應(yīng)，很容易給乘客造成大的損失與傷害[1]。

2 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述

傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的弊端較多，無法為乘客提供安全的保障。為了給乘客提供安全的乘梯環(huán)境，必須擁有24h可實(shí)時(shí)監(jiān)控的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，才能通過攝像頭捕捉到視頻信息，并對(duì)視頻信息進(jìn)行智能分析。當(dāng)電梯內(nèi)發(fā)生異常行為時(shí)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，避免了搶劫、施暴等一系列危險(xiǎn)行為的發(fā)生，還為監(jiān)控人員減輕了工作負(fù)擔(dān)。

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是利用前沿計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)分析監(jiān)控場(chǎng)景內(nèi)的視頻內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上對(duì)異常行為做出識(shí)別、響應(yīng)的視頻監(jiān)控技術(shù)[2]。在智能視頻監(jiān)控技術(shù)中，往往包含了圖像處理、計(jì)算技術(shù)、視頻分析技術(shù)等多種技術(shù)。智能視頻監(jiān)控的應(yīng)用領(lǐng)域較廣泛，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)跟蹤及自動(dòng)識(shí)別，并對(duì)異常行為發(fā)出警報(bào)信號(hào)。

3 電梯轎廂內(nèi)的異常行為

在電梯轎廂內(nèi)，時(shí)有異常行為發(fā)生，常見的有突然摔倒、搶劫、打架及施暴等。在對(duì)異常行為進(jìn)行判斷之前，必須先準(zhǔn)確計(jì)算出電梯轎廂內(nèi)有多少人，然后在人數(shù)基礎(chǔ)上設(shè)定相應(yīng)的閾值，才能更準(zhǔn)確地檢測(cè)出電梯轎廂內(nèi)有無異常行為。

4 電梯內(nèi)轎廂的人數(shù)判斷

通過準(zhǔn)確判斷電梯轎廂內(nèi)的人數(shù)，一方面可提高電梯轎廂內(nèi)異常行為檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，另一方面可有效避免因電梯超載給乘客帶來的危險(xiǎn)，為電梯調(diào)動(dòng)工作的順利進(jìn)行奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，對(duì)電梯內(nèi)人數(shù)的統(tǒng)計(jì)，主要采用紅外傳感器方法，其工作原理是：借助人體輻射出的紅外線感應(yīng)，完成對(duì)人體的檢測(cè)及計(jì)數(shù)。然而，當(dāng)多人同時(shí)進(jìn)出時(shí)，因相互之間遮擋，會(huì)影響紅外傳感器的檢測(cè)準(zhǔn)確性，影響計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。當(dāng)前，圖像處理方法也是較常用的一種方法，主要是對(duì)進(jìn)出口人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。除此之外，基于運(yùn)動(dòng)分析的方法、基于學(xué)習(xí)系統(tǒng)的方法等，也是較常用的方法。其中，基于運(yùn)動(dòng)分析的方法，首先要求對(duì)圖像背景和前景目標(biāo)進(jìn)行分離，接著是根據(jù)若干簡(jiǎn)單特征判斷出人體目標(biāo)，再跟蹤與分割多個(gè)人體目標(biāo)，最后判斷出人數(shù)[3]。

5 人體檢測(cè)

采用人體檢測(cè)方法時(shí)，在對(duì)每幀視頻圖像檢測(cè)之時(shí)，首先應(yīng)設(shè)定哪些為感興趣區(qū)域ROI，目的是清除干凈電梯周圍存在的干擾條件，盡可能減少計(jì)算量，最后才進(jìn)行分析與處理。本文采用手動(dòng)選取ROI的方法。

5.1 判斷及跟蹤人數(shù)

人體邊緣被檢出來之后，一般則會(huì)較容易獲取到人體的最外層輪廓序列。在本文采用的設(shè)計(jì)方法中，先結(jié)合各個(gè)輪廓面積的大小判斷出ROI區(qū)域內(nèi)的人數(shù)。若設(shè)定的閾值小于最外層輪廓面積，人數(shù)則加1。檢測(cè)到的每個(gè)人，在標(biāo)記時(shí)選用的矩形框是不同顏色的，之后便是對(duì)多個(gè)人進(jìn)行分離，最后是把標(biāo)記好的輪廓存于不同圖像內(nèi)。

5.2 計(jì)數(shù)的方法

常用的計(jì)數(shù)方法有兩種，分別是單人進(jìn)出、多人同時(shí)進(jìn)出。若為單人，可使用運(yùn)動(dòng)歷史圖像跟蹤。第一，計(jì)算出乘客方向與水平方向這兩者之間的夾角，假如該夾角在0°～180°內(nèi)，乘客可進(jìn)入電梯；若該夾角在180°～360°內(nèi)，則表明乘客正在走出電梯。為防止計(jì)數(shù)出現(xiàn)重復(fù)的可能性，應(yīng)在運(yùn)動(dòng)歷史圖像中非0像素值不超過閾值的情況下計(jì)數(shù)。進(jìn)入電梯的人數(shù)與走出電梯的人數(shù)之差，即為實(shí)際進(jìn)入電梯的人數(shù)。

如果檢測(cè)到ROI內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)人，根據(jù)輪廓的面積可對(duì)多個(gè)人進(jìn)行分離，然后將分離結(jié)果分別存放于不同的圖像中，接著是對(duì)每個(gè)人的跟蹤，之后的計(jì)數(shù)過程則和單人計(jì)數(shù)相同。為了盡可能降低計(jì)數(shù)誤差，當(dāng)走出電梯的人數(shù)比進(jìn)入電梯的人數(shù)多時(shí)，應(yīng)先清零進(jìn)出電梯的人數(shù)，再進(jìn)行計(jì)數(shù)。

5.3 異常行為的檢測(cè)

首先，將前景目標(biāo)看作一個(gè)整體，然后根據(jù)異常行為檢測(cè)模型，將視頻序列中各幀圖像的整體動(dòng)能值求出來。最后，將該整體動(dòng)能值與各閾值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)給定的閾值<該整體動(dòng)能值，則意味著電梯內(nèi)可能存在異常行為，而系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)報(bào)警，安保人員能夠及時(shí)得到通知[4]。其中，閾值的設(shè)定、人數(shù)兩者間的關(guān)系非常密切。異常行為類型多種多樣，包含單人時(shí)突然摔倒、多人間的突發(fā)暴力等。

⑴對(duì)單人異常行為的檢測(cè)

一個(gè)人乘坐電梯之時(shí)，由于某種因素而突然彎腰、摔倒等行為，稱為電梯轎廂內(nèi)單人異常行為。比如，設(shè)定的閾值為5000，若出現(xiàn)異常行為，會(huì)導(dǎo)致總動(dòng)能值驟增；與此同時(shí)，目標(biāo)總動(dòng)能值、人體異常行為的運(yùn)動(dòng)速度這兩者之間呈正相關(guān)。摔倒是突發(fā)行為，若運(yùn)動(dòng)速度快，角點(diǎn)動(dòng)能則會(huì)增大；而下蹲與彎腰速度會(huì)相對(duì)較慢，此時(shí)動(dòng)能值則會(huì)相對(duì)較小。

⑵對(duì)多人異常行為的檢測(cè)

電梯轎廂內(nèi)2人以上的打斗、搶劫等突發(fā)行為，稱為多人異常行為。當(dāng)設(shè)定閾值為15000時(shí)，若出現(xiàn)2人以上突然打斗現(xiàn)象，動(dòng)能會(huì)發(fā)生曲線變化，尤其是角點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。多人打斗、施暴等異常行為的運(yùn)動(dòng)幅度大、方向無規(guī)律，故其總能動(dòng)值及閾值均較大。

6 小結(jié)

由上述可知，在電梯轎廂內(nèi)運(yùn)用智能視頻監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)基于視頻的電梯轎廂內(nèi)異常行為檢測(cè)，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)與處理出現(xiàn)的異常行為，提高乘客乘坐電梯的安全性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

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