計(jì)算機(jī)視覺與感知在智慧安防中的應(yīng)用

杜翠鳳　蔣仕寶

【摘? 要】計(jì)算機(jī)視覺與感知在未來智慧城市的安防中將發(fā)揮巨大的作用，介紹了計(jì)算機(jī)視覺與感知在智慧安防中已經(jīng)存在的應(yīng)用，并根據(jù)當(dāng)前智慧安防的需求以及計(jì)算機(jī)視覺與感知的原理，探索計(jì)算機(jī)視覺與感知在未來智慧安防中的新應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】智慧安防;計(jì)算機(jī)視覺與感知;虛實(shí)融合

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.03.015? ? ? ? 中圖分類號(hào)：TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-1010（2020）03-0078-07

引用格式：杜翠鳳， 蔣仕寶. 計(jì)算機(jī)視覺與感知在智慧安防中的應(yīng)用[J]. 移動(dòng)通信， 2020，44（3）： 78-84.

Application of Computer Vision and Perception in Intelligent Security

DU Cuifeng，? JIANG Shibao

（GCI Science & Technology Co.， Ltd.， Guangzhou 510310， China）

[Abstract]?Computer vision and perception will play an important role in the security of intelligent cities in the future. This paper will introduce the application of computer vision and perception in intelligent security， and explore the new application of computer vision and perception in future intelligent security according to the current needs of intelligent security and the principle of computer vision and perception.

[Key words]intelligent security; computer vision and perception of virtual; reality fusion

0? ?引言

2015年，國家9部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)公共安全視頻監(jiān)控建設(shè)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用工作的若干意見》，明確了公共安全視頻監(jiān)控建設(shè)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的總目標(biāo)：2020年實(shí)現(xiàn)“全域覆蓋、全網(wǎng)共享，全時(shí)可用、全程可控”的總目標(biāo)。隨后，繼平安城市建設(shè)之后的“雪亮工程”成為當(dāng)前智慧安防市場(chǎng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，通過人工智能技術(shù)和視頻智能分析技術(shù)的結(jié)合，目前智慧安防系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入了以數(shù)據(jù)分析為核心的情報(bào)驅(qū)動(dòng)智能決策階段[1]，通過對(duì)實(shí)時(shí)的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取和感知，結(jié)合人工智能學(xué)習(xí)與決策的方法，實(shí)現(xiàn)安防管理的自動(dòng)化、敏捷化、智能化。

以上趨勢(shì)預(yù)示著中國的安防建設(shè)將朝著自動(dòng)化、敏捷化、智能化方向發(fā)展，但是，智慧安防的建設(shè)需要很多種技術(shù)的支撐，其中計(jì)算機(jī)視覺與感知在智慧安防中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。本文將列舉當(dāng)前計(jì)算機(jī)視覺在智慧安防中的具體應(yīng)用，并結(jié)合相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，探索計(jì)算機(jī)視覺與感知在智慧安防中的新應(yīng)用。

1? ?計(jì)算機(jī)視覺與感知在智慧安防中的應(yīng)用

1.1? 計(jì)算機(jī)視覺與感知

作為人工智能的一個(gè)子領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)視覺與感知在以智能制造為核心的工業(yè)4.0時(shí)代背景下又一次受到學(xué)界的關(guān)注，隨著中國智能制造2025戰(zhàn)略的推進(jìn)和深入，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在智能機(jī)器人、無人機(jī)、自動(dòng)駕駛、智能醫(yī)生、智能安防、VR/AR等應(yīng)用領(lǐng)域受到廣泛的應(yīng)用，其作為各種先進(jìn)產(chǎn)品的一雙“慧眼”，幫助各種儀器在未來工業(yè)自動(dòng)化、智能化的工業(yè)4.0發(fā)展道路上發(fā)揮重要作用 [2-3]。除此之外，計(jì)算機(jī)視覺與感知還包括對(duì)圖像的分析與理解，通過分析圖像的語義表示實(shí)現(xiàn)攝像頭對(duì)場(chǎng)景視覺信息的快速捕捉和智能理解，形成各個(gè)產(chǎn)品的“大腦中樞神經(jīng)”，讓各類產(chǎn)品具備智能化、自動(dòng)化的特征[4]。

1.2? 計(jì)算機(jī)視覺與感知在智慧安防中的應(yīng)用

（1）基于人口流量統(tǒng)計(jì)的園區(qū)預(yù)警應(yīng)用

根據(jù)園區(qū)各關(guān)鍵卡口的攝像頭所獲取的用戶人臉識(shí)別圖像，結(jié)合多攝像機(jī)目標(biāo)協(xié)同跟蹤技術(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)視角下目標(biāo)的快速準(zhǔn)確跟蹤，精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)園區(qū)局部區(qū)域人口流量統(tǒng)計(jì)與檢測(cè)，有效加強(qiáng)園區(qū)密集場(chǎng)所的早期預(yù)警與管理。

（2）可疑人員軌跡追蹤

如何采用當(dāng)前的AI技術(shù)在人群中迅速挑出可疑人員，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，告知相關(guān)的管理人員當(dāng)前可疑人員的實(shí)時(shí)軌跡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)可疑人員進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和預(yù)警，是計(jì)算機(jī)視覺與感知在智慧安防中的又一應(yīng)用。通過分析分析人群中每一個(gè)個(gè)體的步態(tài)和行為，采用計(jì)算機(jī)視覺與感知技術(shù)進(jìn)行個(gè)體的步態(tài)和行為的分析，并將其步態(tài)和行為與AI庫的步態(tài)和行為進(jìn)行匹配，一旦發(fā)現(xiàn)有符合預(yù)定步態(tài)和行為特征的現(xiàn)象，系統(tǒng)會(huì)向相關(guān)的管理人員發(fā)送一條告警信息，提醒相關(guān)人員關(guān)注該人員的行為并進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤[3-4]。

（3）智慧社區(qū)

智慧社區(qū)作為家庭安防技術(shù)的典型應(yīng)用，通過安裝各種傳感器和攝像頭等設(shè)備，為住宅提供一個(gè)環(huán)境感知、入侵告警、緊急求助的安防功能。智能家居的設(shè)備都具備環(huán)境感知的功能，并不是光靠用戶提供的冷冰冰的指令被動(dòng)執(zhí)行工作，而是通過“觀察”用戶的微表情判斷用戶內(nèi)心的真實(shí)情緒并主動(dòng)提供智能化服務(wù)，比如：自主調(diào)節(jié)房間的音樂、調(diào)節(jié)燈光的照明強(qiáng)度以及室內(nèi)的溫度。除此之外，入侵告警和緊急求助的定位技術(shù)應(yīng)用同樣是采用了計(jì)算機(jī)視覺與感知為核心技術(shù)的智能視頻聯(lián)動(dòng)和多攝像機(jī)的目標(biāo)跟蹤功能而實(shí)現(xiàn)的。

（4）智慧養(yǎng)老

智慧養(yǎng)老的服務(wù)主要包括跌倒檢測(cè)、夜間檢測(cè)、老人行為智能分析。通過計(jì)算機(jī)視覺與感知技術(shù)，快速提取人體輪廓;然后利用骨骼識(shí)別算法快速計(jì)算人體的20個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn);通過推理出每個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)的位置來實(shí)現(xiàn)骨架狀態(tài)識(shí)別，最終實(shí)現(xiàn)跌倒監(jiān)測(cè)、夜間監(jiān)測(cè)、老人行為智能分析。

2? ?計(jì)算機(jī)視覺與感知在智慧安防的新

應(yīng)用探索

上文介紹了計(jì)算機(jī)視覺與感知技術(shù)在智慧安防已有的應(yīng)用，但是，隨著VR、AR、觸感等新媒體技術(shù)在創(chuàng)新和發(fā)展，全景視頻技術(shù)、混合現(xiàn)實(shí)遠(yuǎn)程交互、虛擬現(xiàn)實(shí)視頻技術(shù)將會(huì)給智慧安防帶來全新的面貌。視頻監(jiān)控“一張圖”的理念將應(yīng)用于智慧安防的各種應(yīng)用，讓城市自行感覺到人口、交通、能源、設(shè)施以及個(gè)體行為的每一個(gè)細(xì)節(jié)，結(jié)合管理人員的關(guān)注點(diǎn)，綜合VR、AR技術(shù)快速建模，自動(dòng)關(guān)注管理人員需要關(guān)注的信息，輔助精準(zhǔn)化決策。在醫(yī)療方面，基于虛實(shí)融合的觸感交互技術(shù)，采用人機(jī)交互、觸覺、遠(yuǎn)程力反饋、AR及VR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程問診和外科手術(shù)的應(yīng)用[5]。下面將根據(jù)智慧安防的發(fā)展趨勢(shì)以及現(xiàn)有的技術(shù)特點(diǎn)，重點(diǎn)闡述計(jì)算機(jī)視覺與感知在智慧安防中的新應(yīng)用。

2.1? 6自由度視頻技術(shù)的人員跟蹤應(yīng)用

結(jié)合AR、VR技術(shù)，安全管理人員對(duì)場(chǎng)景的監(jiān)控將不再受限于2D的畫面信息，而是通過實(shí)時(shí)獲取3D全景信息，結(jié)合周圍的攝像頭，以6自由度視頻的方式呈現(xiàn)給安全管理人員：與場(chǎng)景相關(guān)的數(shù)字信息直接投射到場(chǎng)景中的介質(zhì)中，并將目標(biāo)人員的相關(guān)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的融合。

當(dāng)安全管理人員需要對(duì)密集人群進(jìn)行身份檢測(cè)時(shí)，不需要穿越人群進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的查看，只需要在后臺(tái)使用“千里眼”進(jìn)行“觀察”，當(dāng)安全管理人員將檢測(cè)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤鎖定時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)顯示該人員的性別、與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配得到的身份信息、身高、是否持有武器、之前的軌跡信息以及將要逃竄的軌跡預(yù)測(cè)等信息，安全管理人員可以根據(jù)此類信息進(jìn)行實(shí)時(shí)抓捕。

要實(shí)現(xiàn)6自由度視頻技術(shù)的人員跟蹤，需要以下技術(shù)[6]：

（1）基于VR CG的預(yù)渲染技術(shù)，能夠?qū)?chǎng)景物體的顏色、材質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)渲染。

（2）基于深度獲取技術(shù)的追蹤目標(biāo)的定位。當(dāng)前大多采用激光雷達(dá)[7]、多幀圖像視差定位[8]、光場(chǎng)[9]等方法獲取目標(biāo)的定位，但上述方法需要突破目標(biāo)移動(dòng)所帶來的計(jì)算量異常復(fù)雜所導(dǎo)致定位速度不能滿足人員跟蹤的問題。

（3）基于3D重建技術(shù)的2D圖像轉(zhuǎn)換。三維重建是強(qiáng)化模型的逼真度，當(dāng)前3D重建技術(shù)在非自由空間“隨便走”多點(diǎn)拍攝所帶來的海量數(shù)據(jù)處理問題需要進(jìn)一步突破。

2.2? 基于虛實(shí)融合的觸感交互技術(shù)的智慧養(yǎng)老

融合人工交互技術(shù)、觸覺技術(shù)、遠(yuǎn)程力反饋、AR及VR技術(shù)的遠(yuǎn)程醫(yī)療將促進(jìn)智慧養(yǎng)老的應(yīng)用。未來的遠(yuǎn)程醫(yī)療并不受限于心率測(cè)量、血壓測(cè)量等應(yīng)用，還能通過人機(jī)交互技術(shù)、力反饋技術(shù)、觸覺技術(shù)、AR及VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)相似的遠(yuǎn)程問診、外科手術(shù)等應(yīng)用。

（1）基于虛實(shí)融合的觸感交互技術(shù)的遠(yuǎn)程問診

在未來的遠(yuǎn)程醫(yī)療中，機(jī)器人按照常規(guī)的方式對(duì)老人的身體進(jìn)行接觸式的檢查，而“千里之外”的醫(yī)生則借助力反饋[10]、觸感交互[11]等技術(shù)來感知老人的肚子里面腫瘤的硬度和大小。然后，醫(yī)生將告知機(jī)器人采用X光等儀器對(duì)病人進(jìn)行檢查，并把相關(guān)的信息傳輸?shù)结t(yī)生的手里，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程問診的應(yīng)用。

（2）基于虛實(shí)融合的觸感交互技術(shù)的遠(yuǎn)程手術(shù)

考慮到安全性問題，遠(yuǎn)程手術(shù)不僅需要借助于觸感技術(shù)、遠(yuǎn)程力反饋技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)，還需要具備全景變焦和聚焦的3D仿真技術(shù)[12]、精密機(jī)械手等智能機(jī)械系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將患者的空間透視圖像、身體狀態(tài)、姿態(tài)等信息實(shí)時(shí)傳遞給外科醫(yī)生，外科醫(yī)生對(duì)患者的部位進(jìn)行虛擬手術(shù)操作，而機(jī)械手則利用遠(yuǎn)程力反饋的技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)患者進(jìn)行實(shí)際操作。整個(gè)過程需要多種技術(shù)的配合：高速的通信技術(shù)降低手術(shù)的延遲，遠(yuǎn)程精確的力反饋技術(shù)幫助外科醫(yī)生依靠他的云動(dòng)力來完成高精度的操作，觸感技術(shù)能夠感受到人體柔軟組織，全景變焦和聚焦的3D仿真技術(shù)能夠讓外科醫(yī)生身臨其境，增加沉浸感。

上述的應(yīng)用實(shí)質(zhì)上是將醫(yī)生的“手”和“器械”延長(zhǎng)，但由于目前的力反饋技術(shù)、觸感技術(shù)、3D仿真技術(shù)以及人機(jī)交互技術(shù)發(fā)展不夠成熟，導(dǎo)致遠(yuǎn)程問診的準(zhǔn)確度和使用場(chǎng)景大大受到限制。相信未來隨著AI技術(shù)的快速發(fā)展，虛實(shí)融合的觸感交互技術(shù)將會(huì)突破限制，為遠(yuǎn)程醫(yī)療帶來更多更好的應(yīng)用

以上分析就是當(dāng)前計(jì)算機(jī)視覺與感知在智慧安防中尚未實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用，如果全景的視頻技術(shù)、虛實(shí)交互技術(shù)得到突破性發(fā)展，那么計(jì)算機(jī)視覺與感知將在智慧安防中將會(huì)起到顛覆性的作用，與之相關(guān)的應(yīng)用將會(huì)大大降低保安、警察、醫(yī)生等人員的工作量，同時(shí)也給智慧安防帶來前所未有的體驗(yàn)。

3? ?結(jié)束語

本文從智慧安防發(fā)展的角度出發(fā)，闡述了計(jì)算機(jī)視覺與感知在智慧安防中的應(yīng)用：人口流量統(tǒng)計(jì)預(yù)警、智慧社區(qū)、可疑人員軌跡追蹤、智慧養(yǎng)老，并結(jié)合當(dāng)前的應(yīng)用，探索智慧安防在未來出現(xiàn)的新應(yīng)用：6自由度視頻技術(shù)的人員跟蹤、虛實(shí)融合的觸感交互技術(shù)遠(yuǎn)程問診、虛實(shí)融合的觸感交互技術(shù)遠(yuǎn)程手術(shù)。

計(jì)算機(jī)視覺與感知技術(shù)是當(dāng)前人工智能領(lǐng)域的前沿科學(xué)，是當(dāng)前國內(nèi)外知名公司的研究熱點(diǎn)。從當(dāng)前計(jì)算機(jī)視覺在智慧安防的應(yīng)用來看，計(jì)算機(jī)視覺與應(yīng)用的技術(shù)尚待突破，對(duì)全景3D信息的構(gòu)建，虛實(shí)融合技術(shù)的突破，以及上述技術(shù)與當(dāng)前AI技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，才能給智慧安防帶來不一樣的體驗(yàn)。

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作者簡(jiǎn)介

杜翠鳳（orcid.org/0000-0002-9055-6381）：中級(jí)經(jīng)濟(jì)師，碩士畢業(yè)于廣東外語外貿(mào)大學(xué)，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，擅長(zhǎng)數(shù)據(jù)挖掘工具的應(yīng)用，研究方向?yàn)橐苿?dòng)用戶行為分析、移動(dòng)用戶軌跡分析、人工智能。

蔣仕寶（orcid.org/0000-0001-8751-4896）：中級(jí)經(jīng)濟(jì)師，碩士畢業(yè)于中山大學(xué)管理學(xué)院，現(xiàn)任廣州杰賽科技股份有限公司人力資源部部長(zhǎng)，長(zhǎng)期跟蹤觀察通信行業(yè)發(fā)展，從事運(yùn)營管理、用戶行為模式分析、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等研究工作。