眾所周知，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在安全防范領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已成為安防重要的技術(shù)手段。但目前所使用的視頻監(jiān)控技術(shù)，缺乏對(duì)視頻內(nèi)容有效的智能分析，而主要靠人力來(lái)監(jiān)視屏幕，其主要功能只是完成某時(shí)間段視頻圖像的存儲(chǔ)記錄，故而只能為事后分析提供證據(jù)。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)安防監(jiān)控的要求，已不單單是事后取證的作用，更需要提前預(yù)防、主動(dòng)報(bào)警等功能。因此被動(dòng)式視頻監(jiān)控狀況必須改變，亦即變被動(dòng)為主動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)安防監(jiān)控技術(shù)的革新。在此大前提下，智能視頻分析已成為視頻監(jiān)控領(lǐng)域的前沿應(yīng)用和發(fā)展方向。
通過(guò)智能視頻分析技術(shù)，可以從海量的視頻信息中分離出最值得關(guān)注的重要信息，具備此種智能視頻分析技術(shù)的視頻設(shè)備，即智能視頻感知器，也必將成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的前端核心設(shè)備。經(jīng)過(guò)對(duì)智能分析技術(shù)的深入研究，并充分考慮智能視頻分析應(yīng)用市場(chǎng)的實(shí)際需求，將智能視頻分析技術(shù)功能單一化、產(chǎn)品化、模塊化，或?qū)⑹侵悄芤曨l分析產(chǎn)品今后發(fā)展的一個(gè)方向，從而能便捷地將傳統(tǒng)的DVR(數(shù)字視頻錄像機(jī))、DVS(數(shù)字視頻服務(wù)器)、IPCAM(網(wǎng)絡(luò)攝影機(jī))實(shí)現(xiàn)智能化升級(jí)。
本文將基于智能視頻分析技術(shù)的新理念，對(duì)新型智能視頻分析服務(wù)器、模塊架構(gòu)、技術(shù)特征及在安全防范領(lǐng)域中的應(yīng)用作簡(jiǎn)要分析和介紹。
何謂視頻分析
視頻分析技術(shù)通俗地說(shuō)即是通過(guò)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和分析，從視頻信息中提取有用信息的技術(shù)。計(jì)算機(jī)處理或存儲(chǔ)的視頻信息只是一組組數(shù)據(jù)數(shù)列，即一個(gè)包含每一幀每一個(gè)像素點(diǎn)的灰度值或彩色值的數(shù)列。視頻分析技術(shù)讓計(jì)算機(jī)通過(guò)特定的算法程序提取視頻信號(hào)中所包含的內(nèi)容信息或個(gè)體運(yùn)動(dòng)信息，賦予計(jì)算機(jī)具備“理解”視頻的能力，即“明白”視頻中所展現(xiàn)的是什么內(nèi)容或者發(fā)生的是什么事件。
視頻分析通常采用背景減除技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像變化的檢測(cè)(如入侵、丟包、逆行等都是一種模式的圖像變化)，即將實(shí)時(shí)視頻圖像與基準(zhǔn)背景圖像進(jìn)行比較，相同位置的像素(區(qū)域)變化則認(rèn)為是變化了的區(qū)域，對(duì)這些區(qū)域進(jìn)一步處理、識(shí)別、跟蹤，得到包括目標(biāo)位置、尺寸、形狀、速度、停留時(shí)間等基本形態(tài)信息和動(dòng)態(tài)信息，完成目標(biāo)的跟蹤和行為理解之后，也就完成了圖像與圖像描述之間的映射關(guān)系，再交由系統(tǒng)作進(jìn)一步的規(guī)則判定，直到觸發(fā)報(bào)警。其適用范圍很廣泛，只要基于對(duì)視頻進(jìn)行運(yùn)算處理，繼而提取有用信息的都可以稱為視頻分析技術(shù)。基于對(duì)視頻進(jìn)行“分析、識(shí)別和理解”的原理，目前，如車牌識(shí)別、視頻人臉識(shí)別等技術(shù)都已經(jīng)比較成熟，并在實(shí)際項(xiàng)目中均已得到了廣泛的應(yīng)用。
智能視頻分析技術(shù)
智能視頻分析技術(shù)，起源于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)。計(jì)算機(jī)視覺(jué)，是人工智能研究的分支之一，它在圖像及圖像描述之間建立映射關(guān)系，從而通過(guò)數(shù)字圖像處理和分析來(lái)理解視頻畫面中的內(nèi)容。它使計(jì)算機(jī)得以從紛繁的視頻圖像中分辯、識(shí)別出關(guān)鍵目標(biāo)。應(yīng)用于安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)后，其可借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力過(guò)濾掉圖像中無(wú)用的或干擾信息，并自動(dòng)分析、抽取視頻源中關(guān)鍵的有用信息，使監(jiān)控系統(tǒng)不但有眼睛(攝像機(jī))，更由于智能視頻分析計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ肈SP處理器，使監(jiān)控系統(tǒng)具有智慧的大腦功能，使監(jiān)控變得“聰明”，能自動(dòng)學(xué)習(xí)和思考，從而替代人力或者協(xié)助人力進(jìn)行監(jiān)控。
視頻內(nèi)容分析與識(shí)別軟件能通過(guò)分析實(shí)時(shí)視頻流，檢測(cè)識(shí)別出可疑的活動(dòng)、事件或者行為模式。視頻監(jiān)控智能化是指在不需要人為干預(yù)的情況下，系統(tǒng)能自動(dòng)對(duì)監(jiān)控畫面中異常情況進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別，并及時(shí)作出預(yù)/報(bào)警。正因?yàn)橐曨l分析與識(shí)別需要通過(guò)定制的軟件來(lái)識(shí)別出各類異常的行為，因此必然會(huì)涉及到復(fù)雜的軟件算法，現(xiàn)在的智能視頻分析軟件已具有如周界監(jiān)控與行為分析等多種類功能。
現(xiàn)在的智能視頻分析技術(shù)從硬件上來(lái)說(shuō)，常會(huì)有二種表現(xiàn)形態(tài)，一種是基于具高速運(yùn)算性能的工業(yè)計(jì)算機(jī)(或稱服務(wù)器)，另一種是基于嵌入式技術(shù)的高性能DSP處理器，二種形態(tài)都需裝載專用的智能視頻分析軟件算法。前一種形態(tài)具有功能多樣性、高速、多路處理等特點(diǎn)，一般應(yīng)用于后端;后一種形態(tài)往往功能單一、適合于單路處理，具有布置方便等特點(diǎn)，一般應(yīng)用于前端。特別后一種形態(tài)，基于針對(duì)性強(qiáng)和布置方便等，其應(yīng)用態(tài)勢(shì)很強(qiáng)勁。
智能視頻分析技術(shù)應(yīng)用
下面以嵌入式單DSP智能視頻分析服務(wù)器為例，介紹智能視頻分析系統(tǒng)應(yīng)用特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)體積小，性能強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定。其采用先進(jìn)的嵌入式技術(shù)，又為在精簡(jiǎn)硬件的同時(shí)還能提升系統(tǒng)性能，故采用高性能的DSP算法，移植與優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)編解碼等先進(jìn)技術(shù)，并可根據(jù)用戶具體需要，選擇目標(biāo)行為規(guī)則，能較好地與監(jiān)控?cái)z像機(jī)等前端設(shè)備配合工作，實(shí)現(xiàn)智能視頻監(jiān)控，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)安防監(jiān)控按需報(bào)警、按需傳輸、按需存儲(chǔ)，最大限度地發(fā)揮監(jiān)控系統(tǒng)潛力，提高監(jiān)控管理水平，同時(shí)實(shí)現(xiàn)智能化高效監(jiān)控。
嵌入式單DSP智能視頻分析服務(wù)器可在前端嵌入式設(shè)備，實(shí)現(xiàn)各種類的智能視頻分析功能。以人臉捕捉功能為例，其能自動(dòng)捕捉人臉照片，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到人臉資料庫(kù)，進(jìn)行篩選與備案。新建項(xiàng)目、小型項(xiàng)目、分散型項(xiàng)目一般都會(huì)采用此方式。
現(xiàn)在，嵌入式單DSP智能視頻分析服務(wù)器已在視頻狀態(tài)檢測(cè)、越線檢測(cè)、禁區(qū)檢測(cè)、物品遺留檢測(cè)、物品移走檢測(cè)、密度超標(biāo)檢測(cè)、人群突然聚集檢測(cè)、人群突然發(fā)散檢測(cè)、徘徊檢測(cè)、非法停車、人員計(jì)數(shù)等方面被廣泛應(yīng)用，且都獲得了出色的應(yīng)用表現(xiàn)，能真正實(shí)現(xiàn)監(jiān)控智能化，提高安全防范級(jí)別和監(jiān)控管理工作效率，既節(jié)省了施工和管理成本，又為客戶提供了全面的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決方案。
智能視頻分析技術(shù)及相應(yīng)設(shè)備現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于軍隊(duì)、公安、監(jiān)獄、銀行、交通、鐵路、機(jī)場(chǎng)、港口、電力、石油、煤礦、景區(qū)、文博、校園、住宅小區(qū)、商場(chǎng)、工廠、森林等行業(yè)。
智能視頻分析模塊
智能視頻分析算法固態(tài)化和模塊化是當(dāng)前智能視頻分析技術(shù)應(yīng)用的趨勢(shì)，其是將智能視頻分析技術(shù)與高效的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)完美結(jié)合，能夠?qū)⒅悄芤曨l技術(shù)嵌入到攝像機(jī)、DVR以及任何網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控產(chǎn)品內(nèi)，使其立即晉級(jí)為智能化的視頻監(jiān)控解決方案，大幅增加了產(chǎn)品的附加價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。其具有的高性能處理器和嵌入式平臺(tái)及強(qiáng)大的智能視頻分析算法，是DVR/DVS/IPCAM產(chǎn)品智能化升級(jí)的捷徑。
下面就功能單一化、產(chǎn)品化、模塊化的智能視頻分析模塊的特征與應(yīng)用作簡(jiǎn)要介紹。
圖1為智能視頻分析模塊與DVR/DVS/IPCAM對(duì)接應(yīng)用示意圖，由圖可知該智能視頻分析模塊支持LAN接口在線升級(jí);SPI&COMl兩個(gè)接口可用于智能視頻分析模塊與DVR/DVS/IPCAM進(jìn)行智能視頻分析結(jié)果數(shù)據(jù)上報(bào)以及參數(shù)設(shè)置下發(fā);智能視頻模塊支持標(biāo)準(zhǔn)的ITU—RBT.656數(shù)字視頻輸入。智能視頻分析模塊能與DVR/DVS/IPCAM可做到無(wú)縫連接，互為補(bǔ)充，形成完整的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。智能視頻分析平臺(tái)也能從后端集中視頻源內(nèi)捕捉需要關(guān)注的信息。而這種方式比較適合比如“平安城市”等大型集中視頻監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行智能化改造的項(xiàng)目。
智能視頻分析模塊與DVR/DVS/IPCAM對(duì)接應(yīng)用示意圖
智能視頻分析技術(shù)應(yīng)用舉例
1、動(dòng)態(tài)人臉捕捉儀
動(dòng)態(tài)人臉遮擋檢測(cè)是利用智能視頻分析技術(shù)，即人臉遮擋檢測(cè)算法，對(duì)人的臉部進(jìn)行分析檢測(cè)，并自動(dòng)判斷人的臉部特征，對(duì)戴墨鏡、壓低帽沿或戴口罩以及其他任何形式的有意識(shí)遮蓋臉部特征的可疑行為進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和報(bào)警。
可實(shí)現(xiàn)智能地從后端集中視頻源內(nèi)分離和捕捉人臉。通過(guò)在集中視頻監(jiān)控平臺(tái)后端引入視頻源的方式，在后端智能視頻分析平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)人臉捕捉，其主要性能如下：
自動(dòng)對(duì)視頻場(chǎng)景內(nèi)的人臉進(jìn)行檢測(cè)和捕捉，基于DSP平臺(tái)，支持1路或者2路視頻輸入，可實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻場(chǎng)景內(nèi)的人臉進(jìn)行捕捉和照片存檔。可提供標(biāo)準(zhǔn)SDK接口協(xié)議，可通過(guò)RJ45、RS232\485等接口進(jìn)行雙向通訊，易于與其他設(shè)備進(jìn)行集成應(yīng)用。
功能特點(diǎn)：
·嵌入式處理，自動(dòng)檢測(cè)視頻場(chǎng)景內(nèi)的人臉，捕捉人臉中的部分照片，并且傳送到后端;
·可直接接入普通模擬攝像頭或者數(shù)字視頻流，可對(duì)監(jiān)控場(chǎng)所進(jìn)出的所有人臉進(jìn)行24小時(shí)自動(dòng)捕捉;
·可直接通過(guò)網(wǎng)口/U5B接口對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)處理，維護(hù)方便、快捷;提供RS232/RS485、剛45、U58、SD等各類豐富的硬件接口;
2、入侵檢測(cè)預(yù)警器
一種視頻行為分析技術(shù)應(yīng)用的裝置，能進(jìn)行大范圍預(yù)報(bào)警檢測(cè)，具有高檢測(cè)率和低誤報(bào)率。所謂視頻行為分析技術(shù)就是對(duì)視頻場(chǎng)景內(nèi)的相關(guān)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(人或物體)進(jìn)行檢測(cè)、分類及軌跡追蹤，并根據(jù)制定的分析(觸發(fā))規(guī)則，由系統(tǒng)自動(dòng)分析、判斷運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的行為信息，并將信息輸出到相關(guān)的系統(tǒng)平臺(tái)。該終端基于DSP平臺(tái)，可1路或2路視頻輸入，通過(guò)智能視頻分析，可實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻場(chǎng)景內(nèi)的周界入侵行為進(jìn)行預(yù)警，提供本地IO輸出，可實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程報(bào)警。其終端提供標(biāo)準(zhǔn)SDK接口協(xié)議，可通過(guò)RJ45、RS232/485等接口進(jìn)行雙向通訊，用于與其他設(shè)備進(jìn)行集成應(yīng)用.
功能特點(diǎn)：
·嵌入式處理終端，自動(dòng)檢測(cè)視頻場(chǎng)景內(nèi)的可疑周界入侵行為，自動(dòng)進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程報(bào)警，并進(jìn)行證據(jù)保全;可直接接模擬攝像頭或IPCAM，自動(dòng)進(jìn)行24小時(shí)不間斷檢測(cè)。也可直接通過(guò)網(wǎng)口/USB接口對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)處理;能提供RS232/485、RJ45、USB、SD等各類豐富硬件接口;
·支持越線、進(jìn)入或離開(kāi)禁區(qū)、逆行、徘徊等入侵智能檢測(cè);可實(shí)時(shí)看到智能分析的結(jié)果，并可對(duì)檢測(cè)目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)記和跟蹤。
應(yīng)用范圍：
安裝于小區(qū)、別墅、廠礦、倉(cāng)庫(kù)、貨場(chǎng)、校園、企業(yè)、軍事基地周邊等各類需要對(duì)周界入侵行為進(jìn)行防范的場(chǎng)所，對(duì)越線、禁區(qū)、逆行等各類周界入侵行為進(jìn)行24小時(shí)不間斷檢測(cè)和預(yù)警。
3、人群聚集度檢測(cè)儀
人群密度檢測(cè)也是智能視頻分析技術(shù)之一，它通過(guò)攝像機(jī)采集視頻信息，并運(yùn)用智能視頻分析技術(shù)分析畫面中的活體移動(dòng)目標(biāo)，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)計(jì)算設(shè)定區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)數(shù)量和密度，當(dāng)數(shù)量值超過(guò)預(yù)設(shè)的閾值時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警信息，提示監(jiān)控人員采取針對(duì)性的措施。可應(yīng)用于人群非法集會(huì)、機(jī)場(chǎng)驗(yàn)證大廳等場(chǎng)景。
功能特點(diǎn)：
嵌入式處理，自動(dòng)檢測(cè)視頻場(chǎng)景內(nèi)的可疑人群聚集行為，自動(dòng)進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程報(bào)警，并進(jìn)行證據(jù)保全;可直接接入普通模擬攝像頭或者數(shù)字視頻流，自動(dòng)進(jìn)行24小時(shí)不問(wèn)斷檢測(cè)和預(yù)警。也可直接通過(guò)網(wǎng)口/USB接口對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)處理;也能提供RS232/485、RJ45、USB、SD等各類豐富硬件接口。系統(tǒng)基于DSP平臺(tái)，自動(dòng)分析視頻場(chǎng)景內(nèi)的人群聚集行為進(jìn)行分級(jí)別的預(yù)警，提供本地IO輸出，可實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程報(bào)警。能提供標(biāo)準(zhǔn)SDK接口協(xié)議，可通過(guò)RJ45、RS232/485等接口與其他設(shè)備進(jìn)行集成應(yīng)用。
應(yīng)用范圍：
適用于市政廣場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)碼頭通道、企事業(yè)單位大門口、軍事禁區(qū)周邊等，對(duì)可疑人群聚集進(jìn)行24小時(shí)不間斷的檢測(cè)和預(yù)警。
其它應(yīng)用
智能視頻分析技術(shù)具有其它多種類應(yīng)用，如視頻客流統(tǒng)計(jì)、多光源人臉識(shí)別、局部高清人臉捕捉、動(dòng)態(tài)車牌捕捉、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、物品狀態(tài)檢測(cè)、攝像機(jī)健康檢測(cè)等等。
·支持與后端的人臉照片比對(duì)，配合軟件使用;
·智能分析結(jié)果:通過(guò)中間件保存到服務(wù)器或者提供結(jié)果給第三方使用;
·智能錄像：錄像文件通過(guò)FIRS播放器可以顯示智能分析的結(jié)果(人臉大小要求-不低于100×80象素)。
應(yīng)用范圍：
地鐵、火車站、長(zhǎng)途車站、碼頭、機(jī)場(chǎng)、政府部門、樓堂會(huì)館等各類人群聚集場(chǎng)所的出入口，對(duì)通過(guò)的人群進(jìn)行自動(dòng)人臉檢測(cè)、照片捕捉存檔，以供后期的人臉檢索、黑名單/白名單比對(duì)。
應(yīng)該說(shuō)，當(dāng)今智能視頻分析模塊應(yīng)用于人臉捕捉儀上的功能與主要參數(shù)大同小異，上述解釋僅以某型人臉捕捉儀為例進(jìn)行說(shuō)明。
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