基于監(jiān)控視頻的行人抓拍系統(tǒng)的設(shè)計

胡博 連捷

摘要 隨著城市視頻監(jiān)控的發(fā)展，監(jiān)控視頻資源越來越多。行人作為城市視頻監(jiān)控的主要監(jiān)視對象之一，通過對監(jiān)控視頻中行人的抓拍提取，可以有效提高監(jiān)控人員的工作效率。本文主要介紹一種基于監(jiān)控視頻的行人抓拍系統(tǒng)的算法實現(xiàn)和系統(tǒng)設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】監(jiān)控視頻 行人抓拍系統(tǒng) 設(shè)計

在公共安全領(lǐng)域，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為不可或缺的關(guān)鍵手段，視頻監(jiān)控平臺也部署在各級公安部門中。近些年來，隨著國內(nèi)智慧城市、平安城市及天網(wǎng)工程的建設(shè)實施，視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到了快速的發(fā)展，城市中安防攝像機達到上萬量級，為各類案事件的偵查追溯提供了大量的視頻資源，在及時獲取城市信息，掌握城市運行情況，預(yù)防犯罪等眾多方面發(fā)揮著不可替代的作用。行人作為城市視頻監(jiān)控的主要監(jiān)視對象之一，通過監(jiān)控對行人排查已經(jīng)成為主要的線索來源。而從監(jiān)控視頻中將行人抓拍提取，可以避免工作人員逐幀觀看視頻錄像，進而大大提高行人排查的效率。

1 行人抓拍算法設(shè)計

本文提供一種基于運動分析的行人抓拍算法設(shè)計。在監(jiān)控視頻中抓拍出現(xiàn)的行人，首先需要解碼視頻幀序列，目前視頻解碼技術(shù)己比較成熟，各種開源解碼器或者監(jiān)控設(shè)備廠商提供的視頻解碼SDK都能完成該步驟，因此本文不再贅述。假設(shè)視頻圖像解碼清晰，由于一般路面監(jiān)控，受到樓宇、房屋、車道等限制，行人出現(xiàn)的位置一般是在監(jiān)控畫面中的一些固定位置，因此可以在監(jiān)控視頻畫面中設(shè)置感興趣區(qū)域，進而排除大部分行人不會出沒的區(qū)域，節(jié)省計算資源。人員抓拍的具體步驟如下所述

在解碼的任意一幀視頻畫面中，根據(jù)具體畫面情況，操作人員繪制感興趣區(qū)域，對于每一幀圖像，做如下計算操作：

（1）在感興趣區(qū)域內(nèi)進行高斯背景建模，通過背景差法獲取前景圖像，

（2）判斷前景圖像中運動像素個數(shù)N是否滿足閾值條件Tl（該閾值條件根據(jù)經(jīng)驗提前設(shè)定）。

（3）當(dāng)N大于Tl時，通過運動檢測跟蹤運動個目標(biāo)，當(dāng)目標(biāo)整體進入視頻監(jiān)控區(qū)域時，獲取該目標(biāo)在畫面中的坐標(biāo)信息?？紤]到物體陰影影響，此時計算上述坐標(biāo)覆蓋的目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的梯度值，當(dāng)梯度幅值之和大于閾值條件T2（該閾值條件根據(jù)經(jīng)驗提前設(shè)定），則判定有行人通過，并存儲該視頻幀。

（4）非滿足上述條件的情況，則進入下一幀視頻圖像的處理。

以上行人抓拍算法中，由于排除了大部分行人不可能出沒的區(qū)域，高斯背景建模及梯度計算，針對的區(qū)域一般并不大，因此算法的計算復(fù)雜度不高，適宜于多個視頻同時監(jiān)控抓拍。

2 在線監(jiān)控行人抓拍系統(tǒng)程序設(shè)計

在線監(jiān)控行人抓拍系統(tǒng)程序包括客戶端和服務(wù)端兩部分：

2.1 客戶端

提供了用戶的交互界面，首先，客戶單可以對需要進行行人抓拍的監(jiān)控視頻資源進行管理，提供視頻列表界面，并支持監(jiān)控視頻的圖像預(yù)覽。并且，在視頻預(yù)覽畫面中，支持用戶添加、編輯或修改感興趣區(qū)域，同時將感興趣區(qū)域坐標(biāo)存儲在數(shù)據(jù)庫中，用于后期行人抓怕算法使用。其次，客戶端可以對行人抓拍任務(wù)進行管理，比如可以針對某監(jiān)控視頻設(shè)置行人抓拍參數(shù)，如任務(wù)時長，抓拍圖片保存路徑等，并存入數(shù)據(jù)庫;可以對多路視頻開啟行人抓拍任務(wù)，并支持對抓拍任務(wù)的停止，同時可以顯示當(dāng)前行人抓拍任務(wù)狀態(tài)等。最后，客戶端支持對抓拍結(jié)果的查詢，用戶可以根據(jù)條件，如抓拍時間，監(jiān)控位置等，查詢檢索抓拍到的行人照片，并支持行人照片的瀏覽功能。

2.2 服務(wù)端

主要實現(xiàn)行人抓拍算法的封裝，并響應(yīng)客戶端的請求對行人抓拍任務(wù)執(zhí)行和管理。為了使系統(tǒng)擁有較強的可擴展性，比如支持對數(shù)十路到數(shù)百路多路視頻的行人抓拍處理，本系統(tǒng)服務(wù)端推薦采用分布式多進程服務(wù)的框架結(jié)構(gòu)，其具體組建包括如下內(nèi)容：

中心管理服務(wù)進程：該服務(wù)進程負責(zé)對行人抓拍任務(wù)進行管理，當(dāng)用戶提交行人抓拍任務(wù)時，中心管理服務(wù)將對每一個任務(wù)開啟一個行人抓拍任務(wù)進程進行執(zhí)行，同時中心管理服務(wù)從數(shù)據(jù)庫獲取該任務(wù)參數(shù)和視頻源地址，并將這些信息通過進程間通信方式傳遞給上述抓拍進程。在任務(wù)執(zhí)行過程中，中心管理服務(wù)實時監(jiān)控任務(wù)進程執(zhí)行情況，并將任務(wù)當(dāng)前狀態(tài)在數(shù)據(jù)庫更新，方便客戶端查閱。當(dāng)中心管理服務(wù)接到用戶發(fā)出的任務(wù)停止指令時，則將該指令發(fā)送給任務(wù)進程，并確保任務(wù)進程正確停止并釋放相應(yīng)的系統(tǒng)資源。

行人抓拍進程：該進程被中心管理服務(wù)開啟，執(zhí)行具體的行人抓拍任務(wù)，并定期反饋任務(wù)執(zhí)行情況。具體來說，當(dāng)行人抓拍任務(wù)開啟后，根據(jù)傳遞的任務(wù)參數(shù)和視頻源地址，開啟視頻解碼線程和行人抓拍算法線程。視頻解碼線程實現(xiàn)視頻源流媒體數(shù)據(jù)的解碼，獲得每一幀的視頻圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)存儲在緩存中。行人抓拍算法線程從上述緩存中按順序提取視頻幀數(shù)據(jù)，并依照行人抓拍算法進行分析判斷，當(dāng)檢測到行人時，將該視頻幀保存到具體的存儲路徑。在行人抓拍進程執(zhí)行過程中，定期向中心管理服務(wù)進程發(fā)送進程執(zhí)行情況，當(dāng)接收到任務(wù)停止指令時，該進程停止視頻解碼線程和行人抓拍算法線程，并釋放相應(yīng)的系統(tǒng)資源。

以上服務(wù)端架構(gòu)具有非常優(yōu)秀的可擴展性，并支持分布式部署。以中心管理服務(wù)為核心，根據(jù)具體的任務(wù)多少，可以合理配備一臺或多臺服務(wù)器或工作站，由中心根據(jù)具體策略，決定在每臺服務(wù)器或工作站上開啟抓拍任務(wù)的數(shù)量，并根據(jù)任務(wù)結(jié)束和系統(tǒng)資源的回收情況來決定是否在某臺服務(wù)器開啟新的抓拍任務(wù)。

3 系統(tǒng)擴展

以上系統(tǒng)描述了針對監(jiān)控視頻中行人的抓拍，及其軟件系統(tǒng)的架構(gòu)和功能。在實際應(yīng)用中，該系統(tǒng)可以擴展更多功能。比如，根據(jù)抓拍的行人圖片，利用人臉識別或人身體外觀特征識別，獲取相關(guān)特征信息，這些信息可以與抓拍圖片進行關(guān)聯(lián)，豐富對行人的查詢功能。

4 小結(jié)

監(jiān)控視頻中的行人抓拍可以避免監(jiān)控人員逐幀觀看視頻，進而提高人員的工作效率。本文介紹的行人抓拍算法及程序系統(tǒng)，可以有效實現(xiàn)行人抓拍功能及應(yīng)用，由于算法計算復(fù)雜度低，因此更宜于多路視頻的并發(fā)抓拍，而軟件系統(tǒng)的分布式架構(gòu)也宜于系統(tǒng)的擴展。

參考文獻

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