智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

高哲+李艷

1.緒論

視頻監(jiān)控技術(shù)在很多領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用，而當(dāng)前在視頻監(jiān)控領(lǐng)域，普遍采用人工值守的方式，這種“被動(dòng)式”的監(jiān)控模式有著效率低下、實(shí)時(shí)監(jiān)控能力不足的缺點(diǎn)，因此很難滿足當(dāng)前社會(huì)日益復(fù)雜的監(jiān)控需求。

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)憑借其全新的“主動(dòng)式”監(jiān)控能力，很大程度上解決了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控依賴人工的問題，提升了監(jiān)控的效率和效果。本文論述了智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)組成，并對(duì)其中的智能視頻分析技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析。

2.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的體系架構(gòu)與一般網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)相差不大，以光纖網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為傳輸主干，將遍布廣大區(qū)域的攝像機(jī)監(jiān)控圖像匯聚到監(jiān)控中心實(shí)時(shí)播放并存儲(chǔ)。但智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重點(diǎn)需求體現(xiàn)在其智能分析的功能上。

智能視頻分析功能有如下需求：

1）運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測：在被監(jiān)控的區(qū)域中檢測目標(biāo)并對(duì)其進(jìn)行跟蹤和記錄軌跡。

2）運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別：在被監(jiān)控區(qū)域中檢測并根據(jù)先驗(yàn)?zāi)Ｐ妥R(shí)別出目標(biāo)。

3）監(jiān)測警戒區(qū)：在視頻中設(shè)定警戒區(qū)域，對(duì)進(jìn)入警戒區(qū)的目標(biāo)進(jìn)行檢測。

4）物品丟失檢測：通過智能圖像處理技術(shù)，對(duì)重點(diǎn)物品進(jìn)行看護(hù)。

5）人數(shù)統(tǒng)計(jì)檢測：對(duì)視頻區(qū)域內(nèi)進(jìn)出的人或車輛進(jìn)行數(shù)量的統(tǒng)計(jì)。

3.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1智能視頻監(jiān)控架構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)主要遵循以下原則：

1）技術(shù)的先進(jìn)性：

對(duì)于系統(tǒng)的選型、軟硬件的配置，需要符合高新技術(shù)的潮流，在滿足功能的前提下，選擇具有先進(jìn)性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2）架構(gòu)設(shè)計(jì)必須合理：

架構(gòu)設(shè)計(jì)必須具有先進(jìn)性和成熟性，能夠保證各個(gè)模塊的可靠運(yùn)行，需要能夠有效的消除各子系統(tǒng)之間的性能瓶頸，并保持系統(tǒng)的良好的擴(kuò)展性。并且，更關(guān)鍵的是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。只有可靠穩(wěn)定的系統(tǒng)才能保證長時(shí)間的正常運(yùn)行。

3）低成本、低維護(hù)：

系統(tǒng)所采用的產(chǎn)品應(yīng)該是主流的、簡單實(shí)用的、易于操作和維護(hù)的。

4.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)以智能視頻分析技術(shù)為核心，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控技術(shù)為基礎(chǔ)，在基本視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上，引入圖像處理和人工智能技術(shù)，大幅度的提高了視頻監(jiān)控的性能和效率。

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)有視頻輸入設(shè)備、視頻輸出設(shè)備、監(jiān)控中心管理平臺(tái)、傳輸網(wǎng)絡(luò)等組成。可按照功能模塊劃分為幾個(gè)部分：

1）前端信息采集：

攝像機(jī)采集被監(jiān)控區(qū)域的實(shí)時(shí)視頻信號(hào)，同時(shí)在各監(jiān)控分站或監(jiān)控點(diǎn)上配置網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)視頻信息的存儲(chǔ)與現(xiàn)實(shí)功能。攝像機(jī)通過光纖將采集的視頻傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控服務(wù)器，服務(wù)器對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮和存儲(chǔ)，保存到本地的硬盤上，并將視頻信息通過網(wǎng)絡(luò)上傳到總控中心。

2）網(wǎng)絡(luò)傳輸：

網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)責(zé)將前端視頻采集系統(tǒng)所采集的視頻信息傳送到視頻監(jiān)控服務(wù)中心，同時(shí)將控制中心的命令傳送到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)器，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的效果。

3）信息管理平臺(tái)：

信息管理平臺(tái)以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為核心，系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備信息、用戶信息都統(tǒng)配置到服務(wù)器中，操作方便且安全，使大型的分布式監(jiān)控系統(tǒng)更加利于集中管理和維護(hù)。

4）視頻信息的傳輸設(shè)計(jì)：

視頻信息的傳輸大致可采取模擬線路、數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)。隨著攝像機(jī)、云臺(tái)等技術(shù)的升級(jí)，監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備的信息均已經(jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，與此同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)的后端設(shè)備，如硬盤、交換機(jī)等也以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心。作為連接視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端與后端的信息傳輸通道，大容量光纖網(wǎng)絡(luò)等數(shù)字化傳輸網(wǎng)絡(luò)被廣泛采用。

5）智能視頻分析設(shè)備：

智能監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的最大差異就在于引入和智能視頻分析設(shè)備。由于普通視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)大量存在，因此智能視頻分析設(shè)備應(yīng)該被設(shè)計(jì)為網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)品，視頻信息通過網(wǎng)絡(luò)輸入到監(jiān)控設(shè)備，分析結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)布和傳遞，智能分析設(shè)備科作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，將普通視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)升級(jí)為智能視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

5.智能視頻監(jiān)控軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1智能視頻監(jiān)控軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

智能視頻監(jiān)控軟件采用C/S架構(gòu)，以智能視頻分析服務(wù)器為代表的各類服務(wù)器端實(shí)時(shí)處理視頻信息并輸出報(bào)警指令等各類信息。數(shù)字硬盤錄像機(jī)也作為視頻服務(wù)器端，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的用戶提供實(shí)時(shí)視頻信息。監(jiān)控終端或操作終端作為客戶端接收和顯示實(shí)時(shí)圖像和報(bào)警信息。監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺(tái)作為客戶端從各類服務(wù)器獲取信息并顯示于人際界面。

5.2軟件系統(tǒng)關(guān)鍵模塊

根據(jù)以上架構(gòu)說明，智能視頻軟件分為視頻分析模塊、通信模塊和監(jiān)控終端三大部分。其中，智能視頻分析模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)圖像的分析提取和鎖定目標(biāo)以及報(bào)警等功能。這個(gè)模塊主要包括圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、視頻分析、輸出警報(bào)、繪制異常目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡這四個(gè)流程。通信模塊在視頻分析模塊和監(jiān)控終端之間建立數(shù)據(jù)連接?？刂平K端模塊實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。

5.3智能視頻分析模塊算法設(shè)計(jì)

智能視頻分析軟件算法具備行為識(shí)別能力，可以實(shí)時(shí)的檢測威脅安全或者可疑的行為。該算法通過機(jī)器學(xué)習(xí)、多目標(biāo)跟蹤和行為識(shí)別等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的準(zhǔn)確率。目前，智能分析軟件的主要和功能為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測、物體跟蹤和行為特征分析。

1）運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測：

運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測就是發(fā)現(xiàn)圖像中的運(yùn)動(dòng)物體。運(yùn)動(dòng)物體不能夠簡單的通過圖像中的變化部分所提取，否則會(huì)產(chǎn)生較高的誤報(bào)警。本系統(tǒng)中，采用背景建模的方法將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)從背景中提取出來。背景建模的方法對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體的提取較為完整，有利于下一步的目標(biāo)分析。

2）多目標(biāo)跟蹤：

智能視頻分析算法和早期的移動(dòng)監(jiān)測算法的區(qū)別就在于是否對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。跟蹤實(shí)質(zhì)上就是將在每一幀發(fā)現(xiàn)的同一目標(biāo)按照時(shí)間順序串聯(lián)起來。多目標(biāo)跟蹤需要解決復(fù)雜環(huán)境下多個(gè)物體間的遮擋、消失等問題。

3）行為分析：

行為分析是找到圖像中滿足預(yù)先設(shè)定的條件的事件。例如車輛的突然加速或停車、人員倒地、物品消失等。在本算法中，通過對(duì)目標(biāo)軌跡的方向、速度、幾何特征等進(jìn)行人為設(shè)定規(guī)則，來判斷目標(biāo)的行為。

6.總結(jié)

智能視頻監(jiān)控技術(shù)屬于新興技術(shù)領(lǐng)域。本文闡述了智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)組成、軟件設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)算法，較為全面的展示了智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的全貌。

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)在很多領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用，其未來的發(fā)展會(huì)朝著更加清晰、更加智能的方向，給我們的生活帶來更多的便利。