基于無線監(jiān)控的倉庫智能視頻安防系統(tǒng)

□ 文/王曉聰 陳國順

引 言

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，倉庫儲備物資也不斷的多樣化、復(fù)雜化，倉庫物資的實時調(diào)運，需要隨時對物資進行管控，如此就對倉庫的快速布防提出了更高的要求。

根據(jù)工程實踐和倉庫管理發(fā)展的需要，本設(shè)計集成了基于無線監(jiān)控的倉庫智能視頻安防系統(tǒng)，不僅可以實現(xiàn)無線監(jiān)控終端的快速布防，而且能夠?qū)崟r監(jiān)控畫面進行智能分析。智能視頻分析技術(shù)能夠?qū)崟r監(jiān)控倉庫物資，如果發(fā)生與設(shè)置規(guī)則相同的監(jiān)控畫面，會第一時間報警通知值班人員采取措施。例如當(dāng)倉庫物資發(fā)生拿取、移位、物品遺留、穿越警戒線、人員聚集、徘徊等現(xiàn)象時，智能監(jiān)控系統(tǒng)會調(diào)集多個攝像頭對其進行監(jiān)控，確認(rèn)不是虛警時在數(shù)秒內(nèi)發(fā)出報警。真正做到無人值守的安防監(jiān)控，節(jié)約了安防的人力投入，提高了倉庫的管理效率。

系統(tǒng)組成

▲圖1 無線智能監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

無線監(jiān)控系統(tǒng)采用移動多媒體傳輸系統(tǒng)，配合多種通信手段，建立一個高效、穩(wěn)定的無線移動傳輸網(wǎng)絡(luò)，通過移動、便攜式傳輸系統(tǒng)將視頻圖像、語音、數(shù)據(jù)通過無線傳輸鏈路實時傳輸至監(jiān)控終端。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

系統(tǒng)硬件

無線智能監(jiān)控系統(tǒng)主要由無線攝像機、收發(fā)天線、智能接收終端、智能視頻分析服務(wù)器、NAS存儲服務(wù)器、外圍報警電路、電視墻監(jiān)控終端、控制鍵盤等組成。

智能視頻分析服務(wù)器用于實現(xiàn)對倉庫現(xiàn)場的覆蓋監(jiān)控，以及對目標(biāo)事件的特寫監(jiān)控。主要由A/D轉(zhuǎn)換器、DM8168處理器、電源轉(zhuǎn)換電路等組成。如圖2所示：

▲圖2 系統(tǒng)硬件組成

NAS存儲服務(wù)器采用硬盤分區(qū)存儲，共有8個分區(qū)，每個分區(qū)可以存儲500G視頻信息，最長保存時間可以達到五個月。外圍報警電路采用聲光報警，智能分析服務(wù)器對視頻畫面分析，驅(qū)動外圍電路發(fā)生報警。

無線攝像機與智能接收終端采用COFDM編碼正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)，可采集并無線傳輸高清晰圖像和聲音信號，是一套非視距圖像聲音攝像系統(tǒng)，具有良好的傳輸特性。同時，由于采用了基于DVD標(biāo)準(zhǔn)的MPEG-2/MPEG-4圖像壓縮和編解碼技術(shù)，使得接收圖像十分清晰、實時和穩(wěn)定。

布控前端

布控前端組成原理如圖3所示，通過球機視頻或者外部視頻送給圖像發(fā)射機，圖像發(fā)射機經(jīng)過編碼調(diào)制并將信號發(fā)射出去。

▲圖3 布控前段原理圖

▲圖4 布控接受終端原理圖

布控接收終端

布控接收終端組成原理如圖4所示，圖像接收機接收到布控前端發(fā)來的圖像信號后經(jīng)過解調(diào)處理還原出視頻信號到硬盤錄像系統(tǒng)，同時硬盤錄像系統(tǒng)可外接其他視頻進行錄像處理，圖像輸出到本地顯示器顯示，也可輸出到其他顯示終端（如大屏幕）顯示。

布控終端主要由接收機、控制鍵盤以及備附件組成，接收機用來實現(xiàn)與有線視頻監(jiān)控服務(wù)器的對接，兩種設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)有效融合。

系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件主要包括無線監(jiān)控視頻傳輸、智能視頻分析、目標(biāo)識別分類、光照變化自適應(yīng)四大模塊，如圖5。

▲圖5 無線視頻智能監(jiān)控軟件模塊

軟件模塊可以實現(xiàn)聯(lián)動，無線監(jiān)控系統(tǒng)采集到視頻信息經(jīng)過COFDM編碼正交頻分復(fù)用調(diào)制傳輸給接收終端，目標(biāo)識別模塊對視頻信息進行篩選，智能視頻分析模塊再對產(chǎn)生預(yù)設(shè)報警的畫面進行分析，如果與預(yù)設(shè)報警規(guī)則相符即產(chǎn)生報警信號。

無線視頻傳輸模塊實現(xiàn)監(jiān)控前段以及監(jiān)控終端間視頻信號的穩(wěn)定、高質(zhì)量傳輸，同時將監(jiān)控終端的控制信號傳送給監(jiān)控前段，控制無線攝像頭的監(jiān)控角度。目標(biāo)識別分類模塊主要是實現(xiàn)對監(jiān)控區(qū)域的目標(biāo)進行分類，對產(chǎn)生報警信息的目標(biāo)自動鎖定，智能視頻分析模塊對預(yù)警目標(biāo)進行分許處理，如果預(yù)警目標(biāo)與報警規(guī)則目標(biāo)信息一致即驅(qū)動外圍電路報警。光照自適應(yīng)模塊實現(xiàn)對監(jiān)控區(qū)域光照變化的處理，當(dāng)發(fā)生光照距劇烈或者緩慢變化時，自適應(yīng)模塊會對畫面進行光補償，使監(jiān)控不受光照變化影響。

無線智能監(jiān)控系統(tǒng)視頻智能分析技術(shù)

智能監(jiān)控功能

監(jiān)控終端主要有視頻監(jiān)控、視頻分析、智能跟蹤等功能，具體智能分析功能如下：

入侵警戒線識別

監(jiān)控的周邊是重點區(qū)域，甚至是外界進入監(jiān)區(qū)的地方，監(jiān)控要預(yù)估所有不安定因素。利用警戒線檢測功能，在圍墻四周設(shè)置警戒線，有人翻越圍墻，馬上就能報警，以便及時阻止侵入。

物品丟失識別

當(dāng)視頻畫面中的某個物體被取走，即可產(chǎn)生取走識別事件。該物體應(yīng)該存在，但是卻被人偷走，智能化分析系統(tǒng)能夠及時捕獲這樣的異常行為，智能視頻分析系統(tǒng)就發(fā)出報警通知值班員。特別有利于針對倉庫內(nèi)部人員或盜賊私藏、偷盜一些工具進行危害活動。

智能跟蹤

在倉庫等生產(chǎn)生活場所，當(dāng)主攝像機檢測到有可疑情況發(fā)生的時候，如可疑人員跨越警戒線，進入離開警戒區(qū)域，徘徊，出入倉庫重地等，主攝像機發(fā)送指令控制從攝像機進行云臺旋轉(zhuǎn)和鏡頭縮放，鎖定觸發(fā)報警的目標(biāo)并對其進行自動跟蹤，使目標(biāo)持續(xù)放大以顯示在畫面中央，這樣監(jiān)控中心可以看到更清晰的目標(biāo)特征，以利于實時的判斷和事后對照取證。

視頻質(zhì)量診斷

利用視頻質(zhì)量診斷技術(shù)來檢測監(jiān)控系統(tǒng)中存在的各種視頻常見故障，對于因使用過程中出現(xiàn)的故障（雪花、滾屏、模糊、偏色、畫面凍結(jié)、增益失衡和云臺失控等）進行視頻質(zhì)量診斷，有效預(yù)防因硬件導(dǎo)致的圖像質(zhì)量問題及所帶來的不必要的損失。

這些有針對性的報警模式，克服了目前國內(nèi)安防構(gòu)架簡單，針對性不高的缺點，大大提高了該項目研究的時效性，使得本倉庫安防項目在國內(nèi)安防領(lǐng)域處于領(lǐng)進水平。

關(guān)鍵技術(shù)

目標(biāo)識別分類技術(shù)

在無線智能監(jiān)控系統(tǒng)中對包含目標(biāo)的視頻圖像識別處理分析由目標(biāo)判斷、目標(biāo)分離、目標(biāo)追蹤和目標(biāo)識別組成，在整個過程中目標(biāo)識別最難實現(xiàn)。實際無線智能監(jiān)控中受各種因素影響使得監(jiān)控區(qū)域一般比較繁雜，在監(jiān)控區(qū)域中如何對目標(biāo)進行識別和跟蹤往往比較困難。

我們在目標(biāo)檢測中通過檢測各幀圖像的變化來實現(xiàn)，而背景圖像幀減法就是解決這一困難的關(guān)鍵算法。

背景圖像幀減法是利用當(dāng)前圖像和背景圖像（參考圖像）各個圖像的差分法來檢測區(qū)域目標(biāo)，若某點像素差值大于某一閾值，則判定為出現(xiàn)在區(qū)域的判定目標(biāo)的點，相減的結(jié)果直接給出了目標(biāo)的位置、大小和形狀等信息。

開展基于動態(tài)載波的臺區(qū)用戶識別和相位差分技術(shù)研究試點，通過采集節(jié)點戶表檔案巡測命令動態(tài)跟蹤臺區(qū)采集器及戶表變動信息、分相信息，實現(xiàn)配變用戶用電相位的自動識別；基于配電臺區(qū)、配變用戶、用戶相別關(guān)系等建立三相負(fù)載均衡模型，對影響臺區(qū)三相負(fù)載均衡的相關(guān)因素進行分析，動態(tài)跟蹤各因素變化，實現(xiàn)臺區(qū)三相負(fù)載均衡的監(jiān)測、預(yù)警，以及治理決策智能支持。

設(shè)背景圖像為L（i,j），前景圖像為G（i,j），被提取的目標(biāo)圖像為M（i,j），則利用背景相減法可以表示為：

式中，Th為判斷閾值，當(dāng)前景圖像為G（i,j）與背景圖像為L（i,j）的差值絕對值大于閾值Th時為目標(biāo)區(qū)域，否則為非目標(biāo)區(qū)域。

光照變化自動適應(yīng)技術(shù)

為了提高無線智能監(jiān)控系統(tǒng)對環(huán)境光線變化的視覺效應(yīng)，設(shè)計了無線攝像機參數(shù)隨光照自適應(yīng)的算法，根據(jù)外界光照條件的變化，在線估計攝像機參數(shù)并調(diào)增數(shù)字?jǐn)z像機的模數(shù)轉(zhuǎn)換級數(shù)、光線電平、曝光度、增益范圍等參數(shù)。

戶外光照變化主要包括：隨時間推移產(chǎn)生的緩慢光照變化和由陰晴變化（如云層快速遮擋等）引起的快速光照變化。準(zhǔn)確的目標(biāo)檢測結(jié)果要求背景模型對戶外光照變化有良好的適應(yīng)能力。本設(shè)計提出一個用于目標(biāo)檢測的背景建?？蚣?，該框架適用于戶外視頻監(jiān)控中產(chǎn)生的緩慢和快速光照變化。首先，考慮到目標(biāo)檢測的準(zhǔn)確性要求，建立基于幀間像素亮度差統(tǒng)計的像素亮度擾動閾值，并將其引入到基于自回歸曲線的快速背景估計中。針對戶外視頻監(jiān)控產(chǎn)生的圖像子序列設(shè)計遞推最小二乘法，對模型的參數(shù)進行實時估計。鑒于背景模型對不同戶外光照變化的適應(yīng)性要求，定義對光照變化不敏感的紋理模型，最終將上述模型統(tǒng)一于自回歸-紋理模型?；谠撃Ｐ蜆?gòu)建的像素亮度和紋理置信區(qū)間，作為區(qū)分背景光照變化和前景目標(biāo)的判據(jù)。該框架無需區(qū)分光照變化類型，可用于在帶有光照變化的戶外視頻監(jiān)控中進行目標(biāo)檢測，并滿足背景建模的實時性和目標(biāo)檢測的準(zhǔn)確性要求。

無線智能監(jiān)控系統(tǒng)主要特點

快速布防，監(jiān)控區(qū)域廣

傳統(tǒng)的視頻傳輸設(shè)備，必須在可視條件下才能建立無線鏈接通道，受環(huán)境制約較大，需要提前考察應(yīng)用環(huán)境，選擇、測試收發(fā)點，調(diào)整天線的方向，架設(shè)天線的高度測算等，不僅直接限制視頻的傳輸與接收，而且系統(tǒng)的可靠性、工作效率也大打折扣。

該設(shè)備能夠以高概率實現(xiàn)圖像的穩(wěn)定傳輸，不受環(huán)境影響。系統(tǒng)采用全向天線，可以在最短的時間內(nèi)架設(shè)無線傳輸鏈路，系統(tǒng)簡單、可靠，應(yīng)用靈活，達到快速布防的目的。由于不再受架設(shè)線路的限制，使得無線監(jiān)控的范圍得到了有效擴展。

傳輸帶寬寬，監(jiān)控圖像質(zhì)量高

COFDM技術(shù)每個子載波可以選擇QPSK、16QAM、64QAM等高速調(diào)制，合成后的信道速率一般均大于4M bps。因此，可以傳輸MPEG-2中4∶2∶0、4∶2∶2等高質(zhì)量編解碼圖像，接收端圖像分辨率可達到720×576或720×480，碼流可以在6M左右，接收后的圖像質(zhì)量接近DVD畫質(zhì)，完全可以滿足接收端后期音視頻分析、存儲、編輯等具體的要求。

抗干擾能力強

視頻監(jiān)控智能分析

智能視頻分析監(jiān)控技術(shù)屬于模式識別技術(shù)的一種，通過設(shè)計一定的計算機算法，從視頻中分析、提取和識別個體運動行為的特征，令計算機判斷出這些個體的某些運動特征是否屬于“某一類型”的“可疑行為”，這樣當(dāng)計算機發(fā)現(xiàn)了這些“可疑行為”時就可以進行即時的報警，提醒監(jiān)控人員查看，擺脫了人工的干預(yù)和判斷，實現(xiàn)令計算機“代替”人進行監(jiān)控，也即實現(xiàn)了“自動監(jiān)控”或是“智能監(jiān)控”。

智能視頻分析技術(shù)克服了傳統(tǒng)安防監(jiān)控單一錄制監(jiān)控視頻的缺陷，可以在智能視頻分析系統(tǒng)中設(shè)置報警規(guī)則，對監(jiān)控視頻畫面實時監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)報警畫面時能夠及時觸發(fā)報警裝置，通知值班人員。將監(jiān)控視頻從事后分析提前到預(yù)測報警，大大降低了人工監(jiān)測成本。

結(jié)論

本設(shè)計中無線攝像頭和視頻傳輸技術(shù)解決了“眼睛”的問題，使監(jiān)控人員能夠在不身處現(xiàn)場的情況下通過攝像頭看到現(xiàn)場的情景，擺脫了地域的限制，甚至于可以在千里之外（通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻）；而智能視頻分析監(jiān)控技術(shù)則給監(jiān)控系統(tǒng)加上了“大腦”，使機器能夠代替人來隨時監(jiān)看這些視頻，無須再由人工隨時去監(jiān)看這些視頻。實踐證明本無線智能視頻監(jiān)控平臺對提高工廠、單位、工地等場所的監(jiān)控效率具有一定的顯示意義。

由于其設(shè)備部件簡介，功能強大具備實用性強，性價比高的優(yōu)點，能夠在一般企事業(yè)單位普遍推廣使用，具有很強的應(yīng)用前景。