視頻圖像智能分析處理技術(shù)解析

視頻監(jiān)控是安防系統(tǒng)中最有效的手段之一。自上世紀(jì)九十年代大量應(yīng)用以來(lái)，特別是隨著平安城市等大型工程的建設(shè)，成千上萬(wàn)的視頻圖像給廣大工作人員的監(jiān)看與管理工作帶來(lái)困難。一個(gè)監(jiān)控人員往往要兼顧幾百路甚至上千路的監(jiān)控視頻信號(hào)，長(zhǎng)時(shí)間工作后監(jiān)控人員將逐漸進(jìn)入一個(gè)生理疲勞狀態(tài)，往往會(huì)因過(guò)度疲勞而無(wú)法在第一時(shí)間對(duì)視頻畫(huà)面中潛在的安全事件作出響應(yīng)。
　　如何從海量圖像中自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、分析有用的信息并立即進(jìn)行處理，使視頻監(jiān)控系統(tǒng)重新成為防患于未然的重要手段，這已經(jīng)成為安全系統(tǒng)建設(shè)和安全管理部門(mén)越來(lái)越關(guān)心的重要問(wèn)題之一。面對(duì)越來(lái)越多的監(jiān)控點(diǎn)，海量視頻監(jiān)控系統(tǒng)如果不加視頻分析將只是“可視”而不能有效“監(jiān)控”。因此，人們期望有一種產(chǎn)品能通過(guò)對(duì)視頻圖像的識(shí)別、分析而自動(dòng)捕獲到可疑目標(biāo)，及時(shí)對(duì)可能發(fā)生的安全事件進(jìn)行預(yù)警，降低監(jiān)控人員工作強(qiáng)度。
　　智能分析處理技術(shù)的涵義國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀智能視頻分析利用智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)視頻圖像進(jìn)行分層處理，分離出對(duì)系統(tǒng)有用的人或物體。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于模擬人腦智能特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)的一種信息處理系統(tǒng)，它通過(guò)對(duì)人腦的基本單元的建模和典型的激勵(lì)函數(shù)的設(shè)計(jì)，來(lái)探索模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)功能的模型，并研制一種具有并行分布處理與存儲(chǔ)、高度自適應(yīng)和自學(xué)功能、能分析較為復(fù)雜的非線性系統(tǒng)的軟件模擬技術(shù)。
　　視頻圖像智能分析處理技術(shù)就是自動(dòng)的分析和抽取視頻源中的關(guān)鍵信息。如果把攝像機(jī)看作人的眼睛，而智能視頻系統(tǒng)或設(shè)備則可以看作人的大腦。智能視頻技術(shù)借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，對(duì)視頻畫(huà)面中的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高速分析，過(guò)濾掉冗余的信息，為監(jiān)控者提供有用的關(guān)鍵信息。
　　智能分析的“心臟”：DSP+算法
　　智能視頻監(jiān)控之所以能夠擔(dān)當(dāng)起智能視頻分析的重要角色，從而以主動(dòng)監(jiān)控改變傳統(tǒng)被動(dòng)監(jiān)控方式，其根本的實(shí)現(xiàn)手段在于采用高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的高速實(shí)時(shí)的性能，極大地提高監(jiān)控的即時(shí)性和有效性。德州儀器通用DSP業(yè)務(wù)發(fā)展部經(jīng)理鄭小龍認(rèn)為，隨著DSP性能的增強(qiáng)，視頻智能分析算法可以由CPU處理轉(zhuǎn)到DSP實(shí)時(shí)處理，于是視頻智能分析實(shí)現(xiàn)了由后臺(tái)轉(zhuǎn)到前端的過(guò)渡。更多設(shè)備的數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品可以借助于DSP增加視頻分析功能以實(shí)現(xiàn)全面智能化。TI的通用數(shù)字媒體處理平臺(tái)（DaVinci）經(jīng)過(guò)幾年的推廣已為很多數(shù)字視頻監(jiān)控客戶(hù)所認(rèn)可，在拓展到智能視頻分析應(yīng)用中，有利于數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)兼顧降低系統(tǒng)成本、縮短開(kāi)發(fā)周期，以及支持豐富的接口標(biāo)準(zhǔn)。其中具有代表性是帶有AMR核心的DM644x和不帶有AMR核心的DM643X系列平臺(tái)，兩者都有C64x+的DSP核心，這是由C64x核心的升級(jí)，既可以兼容C64x的算法軟件，又具有更高的性能和效率。
　　場(chǎng)景復(fù)雜性促智能分析技術(shù)多元化發(fā)展
　　近年來(lái)，智能視頻分析技術(shù)得到了迅速發(fā)展。智能視頻分析技術(shù)以及其市場(chǎng)正在慢慢的滲透到各個(gè)行業(yè)中。
　　把智能化技術(shù)和現(xiàn)有的安防產(chǎn)品相結(jié)合可以用于很多方面，從目前的技術(shù)和安防產(chǎn)品結(jié)合情況來(lái)看，以下幾種需求可以得到滿(mǎn)足：對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、跟蹤，對(duì)其行為進(jìn)行分析，提高實(shí)時(shí)預(yù)警的性能；對(duì)輸入圖像流進(jìn)行邏輯抽象，生成視頻索引，提高視頻檢索的效率；根據(jù)場(chǎng)景內(nèi)容進(jìn)行鏡頭控制、視頻壓縮，既降低視頻數(shù)據(jù)的總量，又保證異常事件發(fā)生時(shí)采集圖像的質(zhì)量；利用預(yù)警時(shí)視頻中捕獲的人臉圖像進(jìn)行時(shí)候調(diào)查、認(rèn)證。
　　北京博睿視科技是一家成立于2007年6月，致力于智能視頻監(jiān)控算法的研究和智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作的公司。擁有雄厚的智能視頻監(jiān)控技術(shù)儲(chǔ)備和研發(fā)能力，擁有一流的、具有高度實(shí)戰(zhàn)能力的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，能夠?qū)⒅悄芤曨l監(jiān)控技術(shù)最優(yōu)化的應(yīng)用于智能視頻監(jiān)控產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，已經(jīng)推出了幾大系列的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，包括博睿視防衛(wèi)系統(tǒng)、博睿視煙霧檢測(cè)系統(tǒng)、博睿視火焰檢測(cè)系統(tǒng)、博睿視人群監(jiān)控系統(tǒng)、博睿視統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)、博睿視跟蹤系統(tǒng)、博睿視診斷系統(tǒng)，可以滿(mǎn)足多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)所的視頻分析處理要求。
　　在目前日益復(fù)雜的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的狀況下，智能視頻分析不僅要保持日常管理操作的簡(jiǎn)單和便捷，還要考慮系統(tǒng)覆蓋范圍越來(lái)越廣的特點(diǎn)以及兼顧系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、有效性。最后，它還必須將監(jiān)控系統(tǒng)與門(mén)禁控制系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)融合到同一個(gè)平臺(tái)，允許集成其他相關(guān)技術(shù)，同時(shí)保持系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。
　　上海卓揚(yáng)科技有限公司基于全球領(lǐng)先的ObjectVideoOnBoard？智能視頻分析技術(shù)，率先開(kāi)發(fā)出了自主品牌的IVOSystem系列智能視頻分析系統(tǒng)，得到了各界的廣泛關(guān)注。該系統(tǒng)將攝像機(jī)、智能視頻分析、視頻編碼、通信網(wǎng)絡(luò)完美結(jié)合，對(duì)人、車(chē)及其它物體進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，并對(duì)其行為進(jìn)行識(shí)別、分析、判斷，可以對(duì)各種安全事件進(jìn)行主動(dòng)預(yù)警。包括穿越單警戒線、穿越雙警戒線、進(jìn)入、離開(kāi)、出現(xiàn)、消失、棄置、取走、場(chǎng)景變化、滯留等規(guī)則可供設(shè)置。
　　日本NEC公司推出的SmartCatch智能視頻分析技術(shù)是一種用于CCTV監(jiān)控的行為識(shí)別解決方案。它可以捕捉到各種預(yù)先設(shè)定的違規(guī)組合行為，如進(jìn)入安全敏感區(qū)域、違規(guī)停車(chē)、遺留物品、移動(dòng)或破壞物品等，系統(tǒng)能通過(guò)各種方式（響鈴、短信息、郵件）自動(dòng)產(chǎn)生告警信號(hào)。SmartCatch適合現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)，包括與 CCTV視頻監(jiān)控錄像、門(mén)禁系統(tǒng)共同使用。它可以隨時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)充，通過(guò)軟件來(lái)配置管理、監(jiān)控和報(bào)告。SmartCatch兼容模擬和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，也可以與其他的感應(yīng)器，如門(mén)禁控制、生物識(shí)別、微波設(shè)備結(jié)合。
　　視頻圖像智能分析的作用
　　智能視頻分析需要自動(dòng)識(shí)別監(jiān)控對(duì)象，及時(shí)感知目標(biāo)對(duì)象所發(fā)生的變化，而當(dāng)異常情況出現(xiàn)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)報(bào)警等功能。我們知道，“監(jiān)”和“控”是相輔相承的，前一部分的“監(jiān)”做到并不太難，而后一部分“控”要真正做到才是至關(guān)重要的。能夠更好更快的實(shí)現(xiàn)“控”的要求，就必須通過(guò)智能視頻分析技術(shù)，來(lái)提升“監(jiān)”的有效性。
　　智能視頻分析技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展為視頻監(jiān)控智能化提供了絕好的機(jī)遇。智能視頻分析系統(tǒng)對(duì)視頻中異常行為事件進(jìn)行實(shí)時(shí)提取和篩選，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警，改變了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)只能“監(jiān)”不能“控”的被動(dòng)狀態(tài)，解決了事后取證難的問(wèn)題，讓監(jiān)控變得更加主動(dòng)。其相比于傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)更加快速的反應(yīng)時(shí)間以及更加強(qiáng)大的數(shù)據(jù)檢索和分析功能，使得監(jiān)控能力得到極大的改善。
　　隨著技術(shù)的不斷成熟，在世界范圍內(nèi)逐漸出現(xiàn)了一些專(zhuān)業(yè)的IVS研究廠家，像美國(guó)的ObjectVideo、Vidient；以色列的NICE、Mate、IOImage；澳大利亞的IOmniscient等。這些廠家都相繼進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，一度造成外國(guó)廠商獨(dú)占國(guó)內(nèi)智能視頻分析市場(chǎng)的局面。而終究因其技術(shù)與中國(guó)國(guó)情的差異性，無(wú)法真正滲透中國(guó)市場(chǎng)。這一現(xiàn)狀給國(guó)內(nèi)的智能視頻技術(shù)研究廠家?guī)?lái)挑戰(zhàn)的同時(shí)，同樣也提供了一個(gè)非常好的發(fā)展機(jī)遇。國(guó)內(nèi)逐漸出現(xiàn)了像智安邦、飛瑞斯、貝爾信等專(zhuān)業(yè)的智能視頻分析研究廠家，相關(guān)產(chǎn)品也先后在平安城市以及各重點(diǎn)行業(yè)取得突破性應(yīng)用。
　　公安部在其“十一五”規(guī)劃中明確提出：將人臉識(shí)別、智能的目標(biāo)識(shí)別與分析作為其七個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向當(dāng)中的兩個(gè)，由此可見(jiàn)其重要性。如今，智能視頻監(jiān)控在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有了一定規(guī)模的應(yīng)用：青藏鐵路2007年10月竣工驗(yàn)收，全線1300路通道采用智能視頻分析，對(duì)全線鐵路進(jìn)行入侵保護(hù)；北京地鐵5號(hào)線，全線23個(gè)車(chē)站，重點(diǎn)區(qū)域均采用了丟炸彈及入侵探測(cè)；北京航空信息中心機(jī)房，采用了入侵及防尾隨探測(cè)；北京奧運(yùn)會(huì)、上海世博會(huì)、廣州亞運(yùn)會(huì)場(chǎng)館建設(shè)項(xiàng)目，均已建和預(yù)算使用智能視頻分析技術(shù)……
　　結(jié)束語(yǔ)
　　有專(zhuān)家指出，繼模擬、數(shù)字和IP監(jiān)控之后，下一波興起的將是包含智能監(jiān)視和智能分析的智能監(jiān)控技術(shù)。智能視頻監(jiān)控是一種執(zhí)行智能視頻分析和全自動(dòng)視頻監(jiān)控的高級(jí)解決方案。它能從模擬或數(shù)字視頻流中自動(dòng)跟蹤并識(shí)別對(duì)象，分析運(yùn)動(dòng)并提取視頻信息。智能視頻監(jiān)控允許用戶(hù)利用安全攝像機(jī)輕松監(jiān)測(cè)并保證各區(qū)域的安全，同時(shí)還降低了人工成本，并提高了生產(chǎn)效率。
　　當(dāng)前，一些專(zhuān)業(yè)視頻分析研究廠家也正著手完善現(xiàn)有的核心技術(shù)，進(jìn)一步提升和優(yōu)化現(xiàn)有算法結(jié)構(gòu)，在功能、應(yīng)用和價(jià)格上力求更加注重用戶(hù)的實(shí)際需求，以實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)產(chǎn)品形式。
　　為使智能視頻技術(shù)得到更廣泛應(yīng)用，TI所推出的視頻分析基礎(chǔ)函數(shù)庫(kù)，該函數(shù)庫(kù)名位VLIB，支持基于C64+x核心開(kāi)發(fā)具有特色的智能視頻應(yīng)用算法。VLIB的實(shí)質(zhì)是集合了超過(guò) 40 種軟件的DSP函數(shù)內(nèi)核，客戶(hù)通過(guò)調(diào)用這些函數(shù)庫(kù)，即可實(shí)現(xiàn)背景建模與背景抽取算法、目標(biāo)特性提取、跟蹤與識(shí)別、以及低級(jí)別像素處理等功能。鄭小龍告訴記者，如果把研發(fā)視頻分析產(chǎn)品看作是建造智能化大廈，則VLIB函數(shù)庫(kù)所提供的好比是建筑材料，開(kāi)發(fā)者無(wú)須再?gòu)念^新型最底層的工作，而只需專(zhuān)注于具體的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。
　　據(jù)深圳市永研科技發(fā)展有限公司總經(jīng)理張永福介紹，近年來(lái)，有單一算法、對(duì)象跟蹤算法、多對(duì)象行為檢測(cè)算法三種方法出現(xiàn)于視頻分析市場(chǎng)。單一算法：可以識(shí)別和捕捉出現(xiàn)在監(jiān)控畫(huà)面里移動(dòng)的物體。雖然此方法起到些作用，但它不能作為一個(gè)完整的解決方案，而且畫(huà)面中人數(shù)多的時(shí)候或復(fù)雜的行為就不能用。對(duì)象跟蹤算法： 通過(guò)使用一種圖形化的地圖，攝像機(jī)可以捕捉移動(dòng)的物體，這些對(duì)象被完全秘密監(jiān)控。雖然這種方法有所進(jìn)步，但它無(wú)法識(shí)別一些可以導(dǎo)致違規(guī)的行為，而且這種方法跟蹤對(duì)象需要攝像頭畫(huà)面的重疊。多對(duì)象行為檢測(cè)：這是通過(guò)一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，可以識(shí)別多個(gè)物體的多種行為，可以作為一個(gè)完備的安全方案，十分有效地應(yīng)用到監(jiān)控系統(tǒng)里，實(shí)時(shí)地發(fā)現(xiàn)各種違規(guī)行為。
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