油田視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析及建議

【摘要】 在全國范圍內(nèi)，目前的氣田井站建設中，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)基本普及。本文圍繞著數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能處理及控制能力，針對其動態(tài)檢測功能深入分析討論，進行仿真實驗，利用時間差分法從原理上解釋視頻監(jiān)控系統(tǒng)擁有的高智能處理能力，從而為以后的視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能拓展提供一些參考建議。

【關鍵詞】 視頻監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)控效率 監(jiān)控管理

油田肩負著維護國家權益的重要職責，需要充分利用視頻監(jiān)控技術的管理作用。近年來，監(jiān)控設備數(shù)量的不斷增加，設備工作環(huán)境的復雜多樣，對視頻監(jiān)控提出了新的要求。目前數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主流，尤其是在油田視頻監(jiān)控體系中，越來越發(fā)揮著不可替代的作用。它通過先進的圖像數(shù)字壓縮技術，改變了傳統(tǒng)的圖像模擬傳輸?shù)姆绞?，能夠非常簡單地做到異地存儲和系統(tǒng)擴展，同時配合智能化的數(shù)字視頻軟件，能夠最大限度地發(fā)揮數(shù)字技術的優(yōu)勢，做到視頻人工智能化，節(jié)省了大量人力資源和成本，并且提高了監(jiān)控的效率與可靠性，對于油田的安全運行及管理提供了重要的保障。

一、數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的動態(tài)檢測功能

數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的動態(tài)檢測就是由控制器通過對攝像機獲得的圖像進行一定的分析，假如監(jiān)視者所關心區(qū)域的畫面發(fā)生變化（比如有人經(jīng)過，亮度值突變等），系統(tǒng)將及時進行自動報警，從而提醒監(jiān)視者注意。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的動態(tài)檢測能夠有效防盜、防火。

眾所周知，在油田生產(chǎn)中，假如能夠提前幾十秒甚至十幾秒發(fā)現(xiàn)問題并及時處理，對安全生產(chǎn)的幫助作用是難以估量的。

常見的動態(tài)檢測功能算法主要是時間差分法。時間差分（又稱相鄰幀差）方法充分利用了視頻圖像的特征，從連續(xù)得到的視頻流中提取出所需要的動態(tài)目標信息。在一般情況下采集的視頻圖像，若仔細對比相鄰兩幀，可以發(fā)現(xiàn)其中大部分的背景像素均保持不變，只是在有前景移動目標的部分相鄰幀的像素差異比較大。時間差分方法就是利用相鄰幀圖像的相減來提取出前景移動目標的信息的。假如運動的物體在場景中出現(xiàn)后不再移動的話，該方法將視其為場景中的一部分，不再進行提示。

二、動態(tài)檢測功能仿真實驗

動態(tài)檢測功能的仿真實驗使用了Matlab軟件，所用圖片采用攝像頭拍攝，均為320×240像素。實驗工具分別為攝像頭、有斑駁花紋的背景以及手機電池。在不考慮視頻圖像中物體顏色的情況下，實驗中采用黑白圖片進行仿真（黑色、白色灰度值分別為0和255）。

實驗中，通過普通攝像頭拍攝的畫面來模擬站內(nèi)的監(jiān)控攝像情形。實驗顯示，由于畫面中物體的復雜花紋對人的視覺影響很大，人們無法將注意力集中在圖像發(fā)生變化的區(qū)域中，在這種情形下，就不得不依靠智能算法來解決這個問題。

三、時間差分法

由實驗可知，由于手機電池的出現(xiàn)使監(jiān)控畫面出現(xiàn)了變化，通過對畫面進行的對比、減除運算，得到了一系列圖像，實驗者通過肉眼能夠看到，經(jīng)過圖像的時間差分，殘差圖像中只有電池出現(xiàn)的位置的圖像亮度有明顯變化。

將5幅殘差圖像分為16×16的柵格形式進行對比，針對每個柵格的灰度值取和，對灰度值超過一定閾值的柵格進行記錄，可獲得其坐標信息，同時發(fā)出提示信號，對數(shù)值進行記錄。

再對一系列數(shù)值進行分析可知，時間差分法就是利用連續(xù)的圖像序列中幾個相鄰幀之間的時間差分，用閾值來提取出視頻圖像中的運動目標的方法。五幀差分的方法就是當某一個像素在連續(xù)五幀視頻圖像上均有相當程度的變化（及大于設定的閾值時），便確定該像素屬于運動目標。

通過上述數(shù)據(jù)便不難看出，使用肉眼看到的結果與時間差分法判斷的結果是基本吻合的。在畫面局部發(fā)生較大變化的時候，部分柵格的灰度值將會發(fā)生劇變，其值接近殘差圖像灰度平均值的10倍左右，這個時候應當及時輸出提示信號，提醒工作人員注意；當畫面特別明顯變化的時候，即使攝像頭出現(xiàn)輕微抖動，柵格變化的最大值也僅為殘差平均值的2倍左右，變化較平穩(wěn)，此時不適合進行提示報警；由于出現(xiàn)的亮度變化（陽光照射角度的改變導致陰影變化或陰天下雨等天氣變化）導致殘差圖像整體變化較為劇烈時，圖像柵格變動幅度極大，同時較接近柵格灰度平均值，信號反應較為強烈。

時間差分運動檢測方法對于動態(tài)環(huán)境具有較強的自適應性，但是一般不能完全提取出所有相關的特征像素點，在運動實體內(nèi)部容易產(chǎn)生空洞現(xiàn)象，只能夠檢測到目標的邊緣；而且當運動目標停止運動時，一般來說時間差分方法將會失效。

所以，在動態(tài)檢測功能應用上可綜合采用不同的方法以達到最佳檢測效果。

四、結語

通過以上的論證和仿真實驗可知，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)擁有較高智能的處理能力。在氣田井站建設中，應充分把握好其特有的優(yōu)點，加以發(fā)揮利用，使數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)成為“千里眼”以及“順風耳”，為油田的安全生產(chǎn)保駕護航。