智能視頻監(jiān)控及分析技術(shù)在綜合安防系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉忠波

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，安防行業(yè)也迎來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，尤其是在城市建設(shè)過程中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)更是發(fā)揮了不可替代的作用。目前，視頻監(jiān)控技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，其在安防領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。文章主要闡述了智能視頻監(jiān)控及分析技術(shù)的特點，分析其在綜合安防系統(tǒng)中的發(fā)展趨勢、具體應(yīng)用，認(rèn)為智能視頻監(jiān)控及分析技術(shù)在社會治安綜合治理中得到了廣泛的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對視頻的采集、存儲、處理和應(yīng)用，提高了整個安防系統(tǒng)的管理效率和安全性。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控：智能視頻：分析：安防系統(tǒng)

中圖分類號：TP277

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人民群眾生活水平的不斷提高及科技的進(jìn)步，安防產(chǎn)品逐漸進(jìn)入了一個新的階段。在綜合安全系統(tǒng)中，視頻監(jiān)控作為防范-廠-作中最重要、最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，它可以對人員和車輛進(jìn)行實時監(jiān)控：同時通過對重要目標(biāo)或場所等信息的收集和記錄可以更好地為公安機(jī)關(guān)提供有用信息。

1 有關(guān)智能視頻監(jiān)控及分析技術(shù)

視頻監(jiān)控行業(yè)隨著科技和市場發(fā)展，監(jiān)控設(shè)備逐漸向網(wǎng)絡(luò)化、微型化發(fā)展，同時向更加復(fù)雜和先進(jìn)的自動化趨勢發(fā)展。目前，我國視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在城市安防、交通運輸、工業(yè)安全、家庭住宅等，隨著人們生活水平的提高和社會的不斷發(fā)展而不斷地向智能化方向發(fā)展。

1.1 智能視頻分析系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)主要由前端、后端平臺、分析挖掘服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器組成。前端主要包括采集器，負(fù)責(zé)實時采集視頻信息并傳輸至分析挖掘服務(wù)器。該數(shù)據(jù)源包括攝像機(jī)、智能補光燈、錄像機(jī)等。前端設(shè)備通過通信網(wǎng)絡(luò)將采集到的信息傳輸至后端分析挖掘軟件。該軟件對監(jiān)控圖像進(jìn)行預(yù)處理及特征提取，將這些數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)需求將相應(yīng)的視頻進(jìn)行綜合應(yīng)用。后端是分析挖掘服務(wù)器，通過采集器對各類視頻資源進(jìn)行數(shù)據(jù)采集存儲和處理，實現(xiàn)綜合安防管理平臺系統(tǒng)搭建。分析挖掘服務(wù)器是智能視頻分析系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)對前端獲取的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲與處理，包括前端圖像預(yù)處理、人員檢測、行為異常分析等[1]。

1.2 智能視頻分析系統(tǒng)的特點

在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，智能視頻分析技術(shù)是一種先進(jìn)、高效、實用的圖像處理技術(shù)，它能將被監(jiān)控對象所采集的信息（如視頻圖像）進(jìn)行綜合和處理與應(yīng)用，自動分析出圖像中是否存在非法入侵行為人員。通過一系列算法對采集到的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、分類和綜合分析處理，從而發(fā)現(xiàn)異?；顒踊蛐袨槿藛T。與傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)相比，智能視頻分析系統(tǒng)具有智能化程度高、性能穩(wěn)定、可靠性強等特點。

從結(jié)構(gòu)的角度來看，現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)大都是以中央電腦為核心，以各個層次的智能控制前端為基礎(chǔ)，形成了一個監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。前端能夠獨立地對特定的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測，或者實現(xiàn)特定的控制功能。

從功能的角度來看，隨著系統(tǒng)功能的不斷完善，它不但具有原有的控制和管理功能，同時具有更為豐富、直觀的多媒體服務(wù)功能，具體功能如下：（l）影像的加工包含實時解壓、視頻資料存儲、傳輸、歷史錄像的回放、報警興趣區(qū)的設(shè)置、警報實時分析和管理。（2）設(shè)備管理包含相機(jī)的光圈聚焦控制、圖像亮度、對比度、色度、飽和度調(diào)節(jié)、壓縮質(zhì)量、幀速率控制、云臺旋轉(zhuǎn)控制、附加裝置控制（如繼電器）等報警聯(lián)動設(shè)定。（3）查詢與管理包含監(jiān)視區(qū)域進(jìn)行了錄像查詢、歷史報警查詢、軟件系統(tǒng)基本信息設(shè)置、系統(tǒng)日志、操作用戶管理、系統(tǒng)校時管理等。

智能視頻分析系統(tǒng)與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)相比具有如下優(yōu)點：（1）可以實現(xiàn)對異常情況自動監(jiān)測。（2）智能化程度高。（3）具備視頻圖像智能處理功能。（4）具備報警事件實時跟蹤功能。（5）具備對報警事件進(jìn)行事后處理能力，對整個報警事件進(jìn)行追蹤及報警事件回溯。

1.3 智能視頻監(jiān)控存在的問題

1.3.1 沒有自己的知識產(chǎn)權(quán)

目前，中國市場所見的智能視頻監(jiān)控設(shè)備主要來自美國、歐洲、以色列等國家。大多數(shù)產(chǎn)品的價格都很高，性能也不穩(wěn)定。核心技術(shù)掌握在外國制造企業(yè)手中，維護(hù)和安裝必須全面參與，這對我國的國家安全構(gòu)成了極大的威脅。另外，我國視頻分析與處理技術(shù)的研究仍處于理論層面。因此，在對智能視頻分析技術(shù)進(jìn)行理論探討的同時，應(yīng)加大對其實際運用的力度，使之真正地融入實踐，從而促進(jìn)其長期的發(fā)展。同時，對引進(jìn)智能視頻監(jiān)控技術(shù)的廠家進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)，讓他們對這種新型的監(jiān)控方法有一個更好的理解，這樣才能更好地利用它。

1.3.2 需要加強產(chǎn)學(xué)研合作

從技術(shù)上看，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括運動目標(biāo)檢測、跟蹤、分類和行為識別。其中，運動目標(biāo)檢測和跟蹤屬于低層次的視覺處理，而行為識別和目標(biāo)分類屬于中、高級階段[2]。在低層次的視覺處理方面，基于運動檢測和目標(biāo)跟蹤的智能視頻分析技術(shù)已有相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，目前已有相關(guān)的產(chǎn)品出現(xiàn)在市場上，在實踐中得到了廣泛的應(yīng)用。而對于目標(biāo)分類、行為理解、描述等中高層次的處理技術(shù)，目前的研究進(jìn)展較慢，雖然目前已有不少學(xué)者提出了一些行之有效的方法，但仍然處于理論層面，與實際應(yīng)用尚有一定差距。因此，要強化產(chǎn)學(xué)研合作的模式，一方面要加大對現(xiàn)有的視頻分析技術(shù)的研究，另一方面要對現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行合理的評價，在實際應(yīng)用中加入一些可以實現(xiàn)_廠-業(yè)化的技術(shù)，引導(dǎo)廠商在智能視頻監(jiān)測系統(tǒng)中合理地運用視頻分析技術(shù)。

2 智能視頻監(jiān)控及分析技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著安防行業(yè)市場競爭日益激烈化及科技水平的不斷提高，各種新技術(shù)、新設(shè)備大量涌現(xiàn)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)也面臨著更高的要求和挑戰(zhàn)。如何將這些新成果應(yīng)用到安防領(lǐng)域是廣大安防廠商面臨的重要課題。在安防行業(yè)中，智能視頻監(jiān)控及分析技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在兩個方面：（1）圖像采集和數(shù)據(jù)傳輸方面的發(fā)展。視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般都會采用有線或者無線形式，隨著數(shù)字?jǐn)z像機(jī)與數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，傳統(tǒng)的有線傳輸方式已經(jīng)被無線傳輸代替。（2）基于嵌入式平臺和智能視頻分析平臺的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

隨著智能監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，智能視頻分析平臺作為核心技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛運用，而基于嵌入式平臺和智能視頻分析平臺的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)將會成為未來安防行業(yè)的主流產(chǎn)品形式。從整體來看，從最初對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理到進(jìn)行圖像特征提取與特征匹配再到對數(shù)據(jù)進(jìn)行特征學(xué)習(xí)，在很大程度上提升了安防圖像識別和數(shù)據(jù)分析的速度與準(zhǔn)確性。隨著視頻監(jiān)控技術(shù)不斷地發(fā)展和進(jìn)步，更多基于計算機(jī)視覺或者人工智能技術(shù)的應(yīng)用在安防領(lǐng)域中誕生且應(yīng)用效果顯著。

3 智能視頻監(jiān)控及分析技術(shù)在綜合安防系統(tǒng)中的應(yīng)用

綜合安防系統(tǒng)作為公共安全防范體系的重要組成部分，已成為公安、軍隊系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展必不可少的重要部分。綜合安防系統(tǒng)主要由報警管理、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)以及聯(lián)動指揮中心組成，是一個以防范報警為中心，由大量計算機(jī)和各種專用設(shè)備共同完成的綜合性監(jiān)控管理網(wǎng)絡(luò)。

3.1 智能視頻監(jiān)控及分析技術(shù)在綜合安防系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展，智能監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會治安綜合治理系統(tǒng)，以智能視頻監(jiān)控及分析技術(shù)為核心的安防系統(tǒng)可以提供對圖像及視頻的采集、存儲、處理及應(yīng)用，從而提高綜合安防系統(tǒng)的管理效率以及安全性。

我國的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋了整個城市，甚至農(nóng)村地區(qū)也有相應(yīng)的智能視頻系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，隨著智能視頻監(jiān)控技術(shù)在社會各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，智能化程度越來越高、安全級別越來越高，對安防產(chǎn)品也提出了更高要求。同時，伴隨著計算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，安防監(jiān)控應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展。如銀行系統(tǒng)中利用視頻圖像獲取銀行內(nèi)部信息：電力系統(tǒng)實時采集變電站設(shè)備運行狀態(tài)：醫(yī)療行業(yè)中利用遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)監(jiān)測病人健康狀況等[3]。此外，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大和現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，人們對智能化產(chǎn)品和技術(shù)也提出了更高的要求，如自動識別身份證功能、人臉識別、車牌識別等應(yīng)用場景都是對傳統(tǒng)視頻監(jiān)控技術(shù)的極大挑戰(zhàn)。因此，智能視頻分析技術(shù)也在安防領(lǐng)域不斷發(fā)展創(chuàng)新和推廣。其核心是運用計算機(jī)視覺分析技術(shù)與圖像處理技術(shù)來實現(xiàn)對監(jiān)控圖像中人物行為的分析、識別、分類等處理及應(yīng)用。

安防行業(yè)對智能視頻分析系統(tǒng)需求越來越多，智能視頻分析系統(tǒng)通過計算機(jī)視覺、模式識別、人工智能等一系列先進(jìn)算法研究與應(yīng)用實踐成果，將傳統(tǒng)視頻監(jiān)控與智能管理結(jié)合起來實現(xiàn)對海量視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行有效存儲和信息管理。通過人臉檢測分析等多項生物特征檢測技術(shù)實現(xiàn)人員身份認(rèn)定和跟蹤目標(biāo)：借助圖像分割、邊緣檢測、特征提取等深度學(xué)習(xí)算法對圖像進(jìn)行處理；采用智能分析挖掘等計算機(jī)視覺算法進(jìn)行海量數(shù)據(jù)提取和關(guān)聯(lián)分析：利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法建立模型實現(xiàn)對目標(biāo)行為模擬。根據(jù)實際需求將上述功能整合成一個統(tǒng)一信息平臺，實現(xiàn)綜合管理、信息共享及聯(lián)動等應(yīng)用功能。

3.2 應(yīng)用案例分析

在實際的應(yīng)用中，智能視頻分析系統(tǒng)已經(jīng)廣泛使用于綜合安防系統(tǒng)，該項目將智能視頻監(jiān)控技術(shù)與圖像分析技術(shù)相結(jié)合，通過計算機(jī)視覺算法對監(jiān)控圖像中目標(biāo)行為進(jìn)行分析和識別，實現(xiàn)目標(biāo)行為跟蹤定位，提高了整體安防產(chǎn)品的管理效率和安全性。具體應(yīng)用案例如下。

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的深度學(xué)習(xí)模型用于人臉識別與比對，利用計算機(jī)視覺技術(shù)在視頻監(jiān)控場景中的應(yīng)用，有效提高了目標(biāo)跟蹤精度和效率，使監(jiān)控人員更好地了解并處理目標(biāo)事件。基于深度學(xué)習(xí)的模式識別模型用于車牌識別在視頻監(jiān)控場景中的應(yīng)用，該系統(tǒng)能夠有效提取車牌區(qū)域信息，自動匹配對應(yīng)車牌，從而達(dá)到車輛自動牌照、車輛識別定位、人員行為跟蹤記錄等應(yīng)用效果。基于深度學(xué)習(xí)方法建立模型用于訓(xùn)練分類器模型來完成對特定目標(biāo)或物體的分類或識別功能：該系統(tǒng)可以將采集到的視頻圖像輸入相應(yīng)分類器進(jìn)行訓(xùn)練和測試，得到結(jié)果。

基于深度學(xué)習(xí)方法進(jìn)行分類預(yù)測：通過將多個視頻圖像輸入特征分類器實現(xiàn)對目標(biāo)或物體特征參數(shù)的預(yù)測或估計：利用特征參數(shù)來預(yù)測目標(biāo)位置和速度?；谏疃葘W(xué)習(xí)方法建立模型實現(xiàn)對目標(biāo)或物體行為預(yù)測分類：使用CNN模型對采集到的視頻圖像中目標(biāo)進(jìn)行提取和檢測：采用SVM分類器對圖像中目標(biāo)和物體進(jìn)行檢測、分割、分類等操作；使用SVM分類器建立模型對檢測到的物體及車輛進(jìn)行識別[4]。

4 結(jié)語

智能視頻監(jiān)控技術(shù)在安防領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在交通領(lǐng)域、銀行安全領(lǐng)域、網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域以及軍事領(lǐng)域等方面得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，市場上已有多款智能視頻監(jiān)控和分析算法，包括基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)的視頻監(jiān)控技術(shù)以及基于機(jī)器學(xué)習(xí)的視頻分析技術(shù)等。其中，以深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為主的視頻監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。但是現(xiàn)有技術(shù)存在以下問題：大部分視頻監(jiān)控都是以人為中心的，而人的判斷是以經(jīng)驗為基礎(chǔ)的，智能視頻監(jiān)控和分析技術(shù)無法與其完美融合：人臉識別技術(shù)受光線影響較大，識別準(zhǔn)確率較低，受到光線影響，識別速度慢：傳統(tǒng)的智能視頻監(jiān)控和分析技術(shù)無法有效識別H{具有危險傾向的人員，而人臉識別技術(shù)又無法完全應(yīng)對人在公共場合的行為，容易造成人身傷害。隨著人臉識別算法以及其他相關(guān)人工智能技術(shù)不斷成熟和完善，相信不久的將來就會攻克以上難題，智能視頻監(jiān)控和分析技術(shù)將會在未來更多安防領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著安防市場競爭環(huán)境變化和客戶對智能設(shè)備及軟件要求的不斷提高，用戶對智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求。因此，智能視頻監(jiān)控及分析技術(shù)在綜合安防應(yīng)用中必然會迎來一個全新的發(fā)展階段。筆者相信智能視頻監(jiān)控分析在綜合安防系統(tǒng)中運用會給用戶帶來更多價值和更好體驗。

參考文獻(xiàn)

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（編輯王永超）