基于三維視頻分析技術(shù)的廣域自動(dòng)視頻監(jiān)控解決方案研究

劉原 曹玉新 高春林 邵康文

摘??要：通過(guò)引入三維分析視頻探測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于地理位置信息和集中策略管理的自動(dòng)廣域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為用戶(hù)提供可行的智能方案，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)朝著高清化、集成化繼續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控;三維視頻分析;人工智能

中圖分類(lèi)號(hào)：X924.3 ???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ???文章編號(hào)：2096-6903（2019）01-0000-00

0引言

對(duì)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的安全保護(hù)是安全防范工程中的重要一環(huán)，但是由于這些設(shè)施通常占地面積大、資產(chǎn)分散、出入口較多，因此對(duì)安全防范系統(tǒng)是一個(gè)極大挑戰(zhàn)。采用傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控在此場(chǎng)景下將面臨大量的攝像機(jī)視頻源輸入問(wèn)題，人類(lèi)大腦由于會(huì)自然地交替出現(xiàn)注意力集中和注意力分散的生理顯現(xiàn)，因此注意力疲勞是視頻監(jiān)控操作工作人員面臨的一個(gè)棘手問(wèn)題。隨著科技的發(fā)展，一種全新的廣域監(jiān)測(cè)技術(shù)逐漸引入市場(chǎng)，其特點(diǎn)是依托智能軟件處理并綜合攝像機(jī)、錄像機(jī)和其他相關(guān)的傳感器件，通過(guò)人工智能篩選與工作人員操作的輔助操作，最大可能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的監(jiān)視和對(duì)可疑事件的判斷。

廣域視頻監(jiān)控的自動(dòng)識(shí)別在實(shí)踐中也面臨很多問(wèn)題，為系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)效果帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)：

1地域廣、干擾多、誤報(bào)率高

首先是來(lái)自氣象條件的干擾，如室外高溫、高濕、臺(tái)風(fēng)、海水腐蝕、霧、雷雨、灰塵等干擾。其次監(jiān)控區(qū)域內(nèi)不可預(yù)測(cè)的外來(lái)干擾，如小動(dòng)物、飛行器等。再次是監(jiān)控范圍內(nèi)的環(huán)境條件，如監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的水面反射等。最后是一些情境的正確識(shí)別，比如遺留物體、閑逛目標(biāo)、絆網(wǎng)以及標(biāo)準(zhǔn)水平下的人員或車(chē)輛移動(dòng)等。

2集成和聯(lián)動(dòng)效果難以實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)視頻監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程圖形呈現(xiàn)，但是缺乏有效的自動(dòng)聯(lián)動(dòng)追蹤，降低了打擊效果和對(duì)周邊情況的掌控能力。

3解決方案

在視頻監(jiān)控中應(yīng)用人工智能技術(shù)可以有效解決人員的視覺(jué)疲勞和在海量數(shù)據(jù)中自動(dòng)提取有效信息等問(wèn)題。來(lái)自西門(mén)子的VistaScape是一種面向高度集成化、無(wú)人化、信息化的管理目標(biāo)的廣域自動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，所謂自動(dòng)廣域監(jiān)測(cè)是指通過(guò)中央策略管理及區(qū)域?qū)崟r(shí)圖形顯示器，運(yùn)用智能軟件技術(shù)來(lái)集中管理視頻和各類(lèi)傳感器。其要點(diǎn)是引入三維分析技術(shù)和地理信息系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的平面視頻監(jiān)控轉(zhuǎn)向地理平臺(tái)圖形系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)三維視頻融合探測(cè)，其中智能分析視頻探測(cè)是方案框架中的重要特點(diǎn)。

通常視頻監(jiān)視主要基于二維技術(shù)，在小范圍內(nèi)比較實(shí)用，主要原因是二維分析技術(shù)十分依賴(lài)分析目標(biāo)形狀且要求目標(biāo)像素高，不適用于長(zhǎng)距離應(yīng)用。VistaScape使用三維分析技術(shù)，引入了目標(biāo)深度位置的屬性，因此三維分析法能研究分析探測(cè)攝像機(jī)的地理坐標(biāo)，以及攝像機(jī)拍攝的實(shí)際位置。相對(duì)于兩維分析法判斷影像相關(guān)位置、高度及寬度，三維分析法可以額外的獲取物體實(shí)際的確切位置，可以提供目標(biāo)物的物理坐標(biāo)并且經(jīng)過(guò)系統(tǒng)三維建模處理后，顯示在全場(chǎng)的電子地圖上。

借助三維視頻動(dòng)態(tài)分析技術(shù)，通過(guò)比較像素計(jì)數(shù)及異樣地點(diǎn)確定目標(biāo)大小、移動(dòng)速度及具體位置，通過(guò)進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析能辨別目標(biāo)特征。通過(guò)軟件平臺(tái)的智能跟蹤運(yùn)算，有可能按照模型預(yù)測(cè)并提示可能發(fā)生的安全事件，同時(shí)也可以醒目的標(biāo)示在電子區(qū)域地圖上。系統(tǒng)提供可縮放的三維電子地圖，提供了虛擬圍界設(shè)置功能，支持陸地、海域、河流也可以跨越水域。虛擬保護(hù)屏障可根據(jù)安保策略設(shè)置，只需輕點(diǎn)鼠標(biāo)就能根據(jù)要求改變?cè)O(shè)置。

該方案的另一個(gè)特點(diǎn)是引入了集中策略管理概念，集中策略管理降低了每臺(tái)傳感器標(biāo)準(zhǔn)改變時(shí)所需的時(shí)間與資源，并允許用戶(hù)制定更多的策略。不同于先前針對(duì)攝像機(jī)或傳感器制定策略，本自動(dòng)廣域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是相對(duì)于真實(shí)地理位置制定策略。用戶(hù)面對(duì)的界面是一張現(xiàn)場(chǎng)圖或一個(gè)模型，所以用戶(hù)只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)，在區(qū)域四周畫(huà)上多邊形記號(hào)就能根據(jù)特定物理區(qū)域制定策略。

比如下述定義可以作為策略編制到軟件當(dāng)中：

（1）車(chē)輛不能放慢速度或?？吭谟蛶?kù)附近的公路上。

（2）船只不能接近機(jī)場(chǎng)跑道500米范圍內(nèi)。

（3）只有佩戴徽章的人員才能接近水治理池塘5米范圍內(nèi)。

整個(gè)智能廣域視頻管理通常由兩部分組成，一是前端的圖像信息采集及傳輸系統(tǒng);二是后端的視頻分析管理系統(tǒng)。前端通常設(shè)置探測(cè)攝像機(jī)比如熱成像攝像機(jī)，同時(shí)另裝聯(lián)動(dòng)快球或槍式攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)追蹤，如圖1所示。

4應(yīng)用實(shí)踐

在深圳鹽田港項(xiàng)目中，VistaScape解決方案通過(guò)整合攝像機(jī)和其他探測(cè)設(shè)備的信號(hào)輸入，將整個(gè)安保區(qū)域的情況顯示在同一屏幕上，與傳統(tǒng)的保安系統(tǒng)相比，其監(jiān)控效果更佳。本系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地偵測(cè)和跟蹤現(xiàn)場(chǎng)的各種事件并進(jìn)行分類(lèi)，確保對(duì)全場(chǎng)各個(gè)角落的情況了如指掌。同時(shí)作為今后安防應(yīng)急指揮中心的核心組成部分，VistaScape可以提供全場(chǎng)的地理模型，確保安保人員可以隨時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，便于及時(shí)正確處理應(yīng)急事件，提高反應(yīng)速度，如圖2所示。

在大連大窯灣保稅港區(qū)同樣應(yīng)用該方案來(lái)管理周界防范及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，VistaScape能夠在一個(gè)屏幕上完全顯示受控環(huán)境的全貌，并能以坐標(biāo)的形式對(duì)安全事件地點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，借助聲光報(bào)警、圖像信號(hào)、電子地圖，安保人員通過(guò)一個(gè)三維的地圖即可監(jiān)視到整個(gè)區(qū)域的設(shè)施情況。

5總結(jié)

該廣域自動(dòng)視頻監(jiān)控解決方案實(shí)現(xiàn)了廣域可視化和集中策略管理的管理目標(biāo)，順應(yīng)了廣域視頻監(jiān)控智能化發(fā)展的趨勢(shì)。目前監(jiān)控系統(tǒng)仍在朝著高清化、集成化繼續(xù)發(fā)展，人工智能在視頻監(jiān)控解決方案的應(yīng)用也如火如荼且前景廣闊。在診斷類(lèi)的智能分析、識(shí)別類(lèi)的智能分析、有效信息檢索以至于專(zhuān)家系統(tǒng)等方向，人工智能技術(shù)將會(huì)在視頻監(jiān)控領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

收稿日期：2019-05-18

作者簡(jiǎn)介：劉原（1964—），男，河北景縣人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：數(shù)據(jù)中心、生命科學(xué)以及綠色建筑的智能化解決方案。

Wide-area Automatic Video Surveillance Solution Based on 3D Video Analysis Technology

LIU Yuan，CAO Yu-xin，GAO?Chun-lin，SHAO?Kang-wen

（Siemens Building Technology （Tianjin） Co.， Ltd.， Tianjin 300050）

Abstract： By introducing 3D analysis video detection technology， an automatic wide-area monitoring system based on geographic location information and centralized policy management is realized， which provides users with feasible intelligent solutions to realize the detection of the target of video surveillance technology， that is， behavior recognition.

Keywords：?video surveillance; 3D video analysis; artificial intelligence