機器視覺在智慧城市中的應(yīng)用

□ 文/本刊記者 何遙

經(jīng)濟增長、城市化以及視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展共同驅(qū)動下，全球視頻監(jiān)控市場保持續(xù)強勁的兩位數(shù)增長，中國是其中最大、增長最快的市場，近年來表現(xiàn)持續(xù)強勁，發(fā)展速度超過全球其他地區(qū)。在技術(shù)和方案實踐層面，隨著智慧城市的興起，中國也因快速發(fā)展和容量巨大，成為應(yīng)用和錘煉全球最先進技術(shù)方案的場所。

經(jīng)濟增長、城市化以及視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展共同驅(qū)動下，全球視頻監(jiān)控市場保持續(xù)強勁的兩位數(shù)增長，中國是其中最大、增長最快的市場，近年來發(fā)展速度超過全球其他地區(qū)。在技術(shù)和方案實踐層面，隨著智慧城市的興起，中國也因快速發(fā)展和容量巨大，成為應(yīng)用和錘煉全球最先進技術(shù)方案的場所。

據(jù)聯(lián)合國發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，到2050年將有近三分之二的世界人口居住在大城市。而2014年，該比例只有二分之一。城市化浪潮與人工智能（AI）相遇，交通管理亟需跟上智慧城市的步伐，應(yīng)對的挑戰(zhàn)越來越多。機器視覺（Machine Vision, MV）作為AI的一個分支，以機器代替人眼來做判斷和測量，它在城市能化的化程中應(yīng)對越來越多的挑戰(zhàn)，幫助人們看得更清楚、更迅速、更廣闊。

“昆侖”、“海燕”等等系統(tǒng)是將機器視覺應(yīng)用于智慧城市中的兩個案例。機器視覺系統(tǒng)的應(yīng)用方在進行選擇時，可從定位、工具集等5個方面進行基礎(chǔ)考量。

視圖數(shù)據(jù)平臺守護城市安全

實施“安防機器視覺+”戰(zhàn)略以來，宇視科技（uniview）在芯片、算法、架構(gòu)、產(chǎn)品四個維度都取得了長足的進步，在各垂直行業(yè)都有經(jīng)典應(yīng)用，在智慧城市中的應(yīng)用令人矚目。

昆侖視圖數(shù)據(jù)中心計算平臺發(fā)展至第二代，采用業(yè)界首創(chuàng)高密度融合計算架構(gòu)，創(chuàng)新實現(xiàn)CPU通用計算板卡、GPU視圖計算板卡混插與集群應(yīng)用，廣泛應(yīng)用于公共安全領(lǐng)域視圖解析中心的建設(shè)，已實現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用并服務(wù)于實戰(zhàn)。

在撫順，建設(shè)視頻圖像信息應(yīng)用平臺，構(gòu)建視圖解析中心自動提取視頻中的人、車、非機動車的屬性和特征信息，實現(xiàn)億級數(shù)據(jù)庫秒級查詢和檢索，大幅提升視頻綜合應(yīng)用工作效率。實戰(zhàn)中利用“昆侖”對某盜竊案周邊12個點位的監(jiān)控錄像進行高倍數(shù)結(jié)構(gòu)化分析，僅15分鐘鎖定嫌疑車輛，最終快速破案。

大連高效建成“昆侖”人臉布控系統(tǒng)，錄入黑名單人員超40萬，守護達沃斯論壇。在機場及接待外賓的五星級酒店出入口部署人臉智能攝像機，在安保指揮中心部署人臉分析服務(wù)器、存儲及公安指揮平臺。論壇召開的三日內(nèi)，識別并預(yù)警重點布控人員10人，系統(tǒng)核查人數(shù)超過6萬人，有效消除安全隱患。

昆侖視圖數(shù)據(jù)中心計算平臺發(fā)展至第二代，采用業(yè)界首創(chuàng)高密度融合計算架構(gòu)，創(chuàng)新實現(xiàn)CPU通用計算板卡、GPU視圖計算板卡混插與集群應(yīng)用，廣泛應(yīng)用于公共安全領(lǐng)域視圖解析中心的建設(shè)，已實現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用并服務(wù)于實戰(zhàn)。

在城市，撫順建設(shè)視頻圖像信息應(yīng)用平臺，構(gòu)建視圖解析中心自動提取視頻中的人、車、非機動車的屬性和特征信息，實現(xiàn)億級數(shù)據(jù)庫秒級查詢和檢索，大幅提升視頻綜合應(yīng)用工作效率。實戰(zhàn)中利用“昆侖”對某盜竊案周邊12個點位的監(jiān)控錄像進行高倍數(shù)結(jié)構(gòu)化分析，僅15分鐘鎖定嫌疑車輛，最終快速破案。

在鄉(xiāng)鎮(zhèn)，湖南道縣公安部署“昆侖”人臉識別系統(tǒng)，共計300個人臉識別前端，上線僅3天，該系統(tǒng)成功布控2名黑名單人員，最終協(xié)助道縣公安抓捕上網(wǎng)逃犯田某和盤某，實現(xiàn)了“汗水警務(wù)”向“智能警務(wù)”的轉(zhuǎn)變。

在峰會，大連高效建成“昆侖”人臉布控系統(tǒng)，錄入黑名單人員超40萬，守護達沃斯論壇。在機場及接待外賓的五星級酒店出入口部署人臉智能攝像機，在安保指揮中心部署人臉分析服務(wù)器、存儲及公安指揮平臺。論壇召開的三日內(nèi)，識別并預(yù)警重點布控人員10人，系統(tǒng)核查人數(shù)超過6萬人，有效消除安全隱患。

昆侖系列產(chǎn)品已經(jīng)累計部署超過100個項目，每天都在高效履行著守衛(wèi)公共安全的職責(zé)，昆侖二代支撐新一代視圖數(shù)據(jù)中心資源利用率提升100%，能耗降低50%，實現(xiàn)通用計算業(yè)務(wù)、智能分析業(yè)務(wù)、大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)集群化調(diào)度應(yīng)用，是“安防機器視覺+”技術(shù)戰(zhàn)略在架構(gòu)和產(chǎn)品緯度演進的最佳實踐?！袄鲋畮p，智慧非凡”，協(xié)助中國成為犯罪率最低的國家之一、中國城市成為全球最平安的地區(qū)。

另外，除昆侖系列之外，宇視的其他方案也在智慧城市中廣泛應(yīng)用。如重慶江北國際機場，總占地近萬畝，相當(dāng)于30個標(biāo)準(zhǔn)足球場大小，是我國中西部地區(qū)唯一同時擁有三航站樓、三條跑道運行的機場，可起降空客380、波音787等超大型客機。宇視以視頻監(jiān)控精工產(chǎn)品和大系統(tǒng)整體解決方案守護在包括T1、T2在內(nèi)的全部三個航站樓，其中T1、T2航站樓宇視監(jiān)控系統(tǒng)已穩(wěn)定運行7年，依舊圖像清晰、系統(tǒng)穩(wěn)定；T3除了傳統(tǒng)IP監(jiān)控外，還采用宇視智慧停車場方案，為重慶機場安保工作貢獻可靠和智慧的力量。

車輛二次分析系統(tǒng)滿足各種實際應(yīng)用需求

科達海燕車輛二次分析系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)時代下應(yīng)運而生，融合了具有先進的深度學(xué)習(xí)算法的機器視覺技術(shù)。

首先對所有卡口系統(tǒng)、電子警察系統(tǒng)抓拍的圖片進行處理，進而進行二次識別，包括車牌號碼及顏色、區(qū)域、時間、車輛細(xì)分車型、車標(biāo)、車輛顏色等等各種信息。目前海燕系統(tǒng)能夠識別400余種車標(biāo)、5000余種細(xì)分車型。

另外，海燕系統(tǒng)基于GPU的集群架構(gòu)，也為深度學(xué)習(xí)算法提供了有力的支撐。系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對二次分析后的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和匯聚的其他車輛數(shù)據(jù)進行比對和數(shù)據(jù)挖掘，可實現(xiàn)更多實戰(zhàn)應(yīng)用，包括：假牌套牌分析、未系安全帶分析、行車通話分析、車輛多點碰撞、晝伏夜出分析等等滿足交通管理者對城市道路安全管理的各種需求。同時，對于涉車案件，還能進行車輛稽查布控、告警等，為公安部門追逃嫌疑目標(biāo)、刑偵破案提供技術(shù)支撐。

目前，科達海燕車輛二次分析系統(tǒng)憑借其快速、準(zhǔn)確、全面的車輛檢索與定位以及完善的配套技戰(zhàn)法，在蘇州、廈門等地已部署完成，并產(chǎn)生了眾多戰(zhàn)果，同時正陸續(xù)在牡丹江、柳州等全國11個省市區(qū)進行部署。

在蘇州，“海燕”上線一周余時間，就抓拍到近3000起違章行為，其中開車未系安全帶的1828起，開車玩手機或打電話的1074起，實現(xiàn)對道路交通的綜合管控，改善蘇州交通狀況，整治違法亂象，為市民安全出行提供保障。

在廈門，海燕車輛二次分析系統(tǒng)在投入使用短短幾個月時間內(nèi)，廈門市公安局通過海燕系統(tǒng)，就破獲車輛“碰瓷”、假套牌等涉車案件100多起，有效遏制了涉車類案件的發(fā)生。

隨著機器視覺與安防的融合，很好地解決了城市公共交通安全管理中所面臨的各種困境。例如針對違章車輛的抓拍上，不再僅僅依靠車牌識別技術(shù)，借助圖像處理并通過海量的大數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練，就可以依靠前端設(shè)備采集的信息分析出車身顏色、車燈以及車標(biāo)或者其他多種特征，從而得到較高的識別率，從而實現(xiàn)對目標(biāo)車輛的檢索。

如何選擇機器視覺系統(tǒng)

構(gòu)筑智慧城市的交通大腦，機器視覺方案的應(yīng)用將越來越多。無論是平臺極的應(yīng)用還是只使用一款產(chǎn)品，選擇機器視覺方案（產(chǎn)品）時，關(guān)鍵要考慮以下幾點。

定位

傳統(tǒng)的物體定位采用的是灰度值校正來識別物體。盡管這種技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，但是，它在圖象質(zhì)量變差的情況下，就缺乏穩(wěn)定性。圖象質(zhì)量變差可能是由于凌亂、亮度不同和遮蓋等因素的影響。相反，幾何對象定位法是一種最新的方法，它使用對象的輪廓來識別對象及其特征。

完整的工具集對多個工具

機器視覺軟件主要以兩種形式出售：一種是完整的視覺工具集，另一種是用于特定任務(wù)的工具的應(yīng)用，如BGA檢測。最終用戶的應(yīng)用將決定是使用一套完整的視覺工具集還是使用眾多的特定的工具。視覺工具是一般的應(yīng)用或算法，它能對圖像或圖像某個部分完成預(yù)定的任務(wù)。例如，一個斑點檢測工具可以找出一組暗的或亮的象素，并測量出這個斑點的各種尺寸。選擇一款視覺系統(tǒng)的重點在于擁有一套完整的視覺工具集。雖然在項目之初不需要所有的工具，但是幾年之后你的要求就會改變，對新的應(yīng)用就可能需要另外的工具。

編程和操作

編程和操作應(yīng)方便簡潔，直觀的圖形界面是容易使用和設(shè)置的關(guān)鍵。

當(dāng)今機器視覺產(chǎn)品之間的主要區(qū)別在于他們的圖形接口。接口應(yīng)該從 “設(shè)置”和“操作”這兩方面來評價。對一個工程師來講，它應(yīng)該非常復(fù)雜，而對于一個操作者來說應(yīng)非常簡單。例如，一個視覺系統(tǒng)的校準(zhǔn)應(yīng)該簡單得只點擊幾次鼠標(biāo)，而不是像在火箭科學(xué)中的練習(xí)。

可擴展、升級

當(dāng)選擇一個系統(tǒng)時應(yīng)考慮系統(tǒng)將來的升級。幾種供應(yīng)商提供的通用視覺軟件能為最終用戶配置合適的照明、光學(xué)系統(tǒng)和視覺工具。專用軟件包如BGA檢測、OCR等也可當(dāng)作預(yù)先配置好的軟件出售?；谕ㄓ媚康牡囊曈X軟件系統(tǒng)更好升級。最終用戶應(yīng)該根據(jù)附加的攝像機、照明的變化、視覺工具的變化等來考慮將來對系統(tǒng)的需求。

工廠層連接

機器視覺系統(tǒng)是一個與其它工廠層設(shè)備和工廠的信息系統(tǒng)接口的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。一些供應(yīng)商的軟件能在局域網(wǎng)或因特網(wǎng)上對視覺系統(tǒng)進行遠程操作。在智慧城市的交通管理中，機器視覺系統(tǒng)對特定的應(yīng)用被要求可能獨立的（從而確保設(shè)置不受遠程操作的干擾），也可能需要與其他設(shè)備結(jié)合。同時，視覺系統(tǒng)的通訊接口是一個重要的考慮，不應(yīng)該被忽視。

結(jié)束語

我國機器視覺行業(yè)雖然起步較晚，但發(fā)展很快，已成為繼美國和日本之后的全球第三大機器視覺市場。通過在細(xì)分市場推出定制化的系統(tǒng)產(chǎn)品，為細(xì)分領(lǐng)域客戶解決需求，成為重要的發(fā)展方向。?？低?、大華、宇視等行業(yè)領(lǐng)頭羊也是將機器視覺應(yīng)用于安防和智慧城市的佼佼者。全球機器視覺市場正處于迅速發(fā)展之中，預(yù)計到2025年年底，市值將超過192億美元。更多的安防企業(yè)將從這一領(lǐng)域分得蛋糕。