智能視頻監(jiān)控分析技術(shù)在港口中的應(yīng)用

　　摘要：智能視頻監(jiān)控技術(shù)是基于圖像處理、模式識別的新型視頻監(jiān)控技術(shù)。簡而言之，就是發(fā)現(xiàn)圖像中運動的物體，并對其跟蹤、分析，及時發(fā)現(xiàn)"異常"行為，觸發(fā)報警并采取其他措施進行干預(yù)。

　　智能視頻分析技術(shù)和現(xiàn)有監(jiān)控技術(shù)的比較

　　國內(nèi)現(xiàn)有港口的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像機、光纜、矩陣、硬盤錄像機和電視墻等組成。由于視頻監(jiān)控圖像數(shù)量大，內(nèi)容枯燥，現(xiàn)有系統(tǒng)即使配備值班人員，在大多數(shù)情況下仍處于無人觀看的狀態(tài)下。當犯罪事件發(fā)生時，從硬盤錄像機中調(diào)取錄像回放、取證變成系統(tǒng)主要的價值之一。即使值班人員在崗，由于人的生理特點，不可能長時間有效觀察多路圖像，很可能造成遺漏可疑事件，對安全形式產(chǎn)生錯誤判斷。

　　智能視頻監(jiān)控技術(shù)可以理解為用計算機來幫助值班人員"看"監(jiān)控錄像?，F(xiàn)代計算機的高可靠性可以提供24小時不間斷地保護。從根本上杜絕由于人員疲勞造成的遺漏問題。同時也可以防止出現(xiàn)監(jiān)控人員內(nèi)外勾結(jié)的可能性。

　　現(xiàn)有的智能視頻分析技術(shù)還不能替代人，它仍然需要人來辨識報警的性質(zhì)，進而決定處置方式。它的價值在于大大降低了監(jiān)控人員的工作強度，使監(jiān)控質(zhì)量有了質(zhì)的提升。和傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，智能視頻分析可以及時發(fā)現(xiàn)、甚至阻止犯罪行為的發(fā)生。這對港口等敏感、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的意義是顯而易見的。

　　智能視頻分析技術(shù)的功能及在港口的應(yīng)用范圍

　　國內(nèi)港口對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求主要源于防盜、生產(chǎn)安全以及反恐的需要。在港口內(nèi)的貴重物資，重點要害部門的監(jiān)控都是較典型的應(yīng)用場景。

　　由于中國簽署了索納斯公約，所有出口到美國的港口的都要滿足一定的安保標準。同時作為國民經(jīng)濟的重要環(huán)節(jié)，港口的防恐也被國內(nèi)主要港口納入到議事日程上來。

　　主要功能

　　目前市場上的智能視頻分析系統(tǒng)通常都具有以下功能：

　　1、圖像采集/接口。絕大多少的智能視頻分析算法是基于非壓縮圖像格式，如RGB或者YUV,所以圖像信號在被采集以后不經(jīng)過壓縮直接送給視頻分析單元。幾乎所有的視頻分析系統(tǒng)都自帶有圖像采集功能，通常是通過BNC輸入模擬圖像信號?，F(xiàn)有的圖像監(jiān)控系統(tǒng)中圖像信號通常是以壓縮圖像流的形式存在，可以將圖像流解壓還原成原始圖像格式后再進行分析。

　　2、運動物體檢測。簡單地說，運動檢測就是發(fā)現(xiàn)圖像中運動的物體，運動物體可以簡單定義為圖像中變化的部分。一些初級的運動檢測算法就是基于這些概念，此類方法的誤報警率太高，不適合用作實時報警系統(tǒng)。

　　并不是所有圖像中的變化都是我們感興趣的運動物體，例如由攝像機自身引入的變化，它包括像素噪聲，攝像機自動光圈控制電路引起的整體亮度變化，圖像傳輸中引入的高低頻周期噪聲信號，紅外攝像機周期校準所帶來的突變等。外界環(huán)境引入的變化包括地面光照在多云天氣里迅速的變化，運動物體陰影，水面波浪或者波光粼粼現(xiàn)象，陸地上樹枝的擺動，夜間汽車大燈造成的光暈，雨雪天氣等現(xiàn)象。

　　另外攝像機在大風天，尤其是高燈桿上容易抖動，由上述這些現(xiàn)象造成的圖像變化是應(yīng)該被過濾掉的，它們可以通過算法或者其它技術(shù)手段加以解決。

　　從算法的角度來看，可以簡單地分為兩大類。一類是建立背景模型，通過和背景模型相對比來發(fā)現(xiàn)運動物體。另一類是通過"光流"法，通過發(fā)現(xiàn)運動物體對光流場的影響來發(fā)現(xiàn)運動物體。另外就是介于兩者之間或者兩者結(jié)合的方法。

　　3、多物體跟蹤。跟蹤實質(zhì)上就是將在每一幀上發(fā)現(xiàn)的同一物體沿時間順序串起來。此領(lǐng)域本身就是一個相對獨立的活躍的研究領(lǐng)域。主要研究方向是在復(fù)雜環(huán)境下，如多個運動物體，多個攝像機，運動物體之間互相遮擋，消失及重現(xiàn)等情況下進行有效跟蹤。

　　在實際監(jiān)控應(yīng)用中，尤其是對一些入侵報警的應(yīng)用案例中，對跟蹤算法的要求比較低?，F(xiàn)有的系統(tǒng)對運動物體"融合"及其它復(fù)雜應(yīng)用場景的跟蹤效果并不理想。但是參照以往技術(shù)發(fā)展速度，這方面會很快完善起來。

　　4、行為特征分析。行為特征分析是從圖像中尋找滿足預(yù)先設(shè)定的行為特征的事件。目前市場上比較典型的應(yīng)用包括：

　　(1)分類。判斷運動物體是人、車、船只、飛機。停止或者突然加速，例如車輛在隧道或者公路上拋錨，大街上搶劫得手后逃跑等場景。

　　(2)徘徊。如在敏感區(qū)域外觀察的人員。對正常通過的行人、車輛不報警。

　　(3)遺留物。如在機場，油庫等地放置爆炸物然后離開。

　　(4)物品遺失。如博物館的貴重展品當發(fā)現(xiàn)展品消失后系統(tǒng)會立刻報警。

　　(5)人數(shù)統(tǒng)計。如對進入超市等場所的人數(shù)進行統(tǒng)計，并結(jié)合銷售數(shù)據(jù)繪制一天當中平均消費額曲線。

　　(6)人群密度。如當*人員過多時報警，或者人群突然散開出現(xiàn)異常情況時進行報警。

　　(7)人員倒地。如當人員由直立突然變成平躺。

　　總的來說，智能視頻分析可以作很多事情，需要視頻分析開發(fā)人員和最終用戶進行有效溝通。由于智能視頻分析還是一個較新的技術(shù)，在國內(nèi)了解此項技術(shù)的圈子目前只拓展到集成商這個層面上，很多適合視頻分析技術(shù)的應(yīng)用場景還有待市場開發(fā)。但有一點是一目了然的，企業(yè)必須掌握核心技術(shù)并具有自主研究開發(fā)能力。智能視頻分析市場是由許多細分小市場組成的，新的應(yīng)用正不斷地出現(xiàn)。

　　5、設(shè)定報警條件。在視頻監(jiān)控里引入"智能"極大地豐富了監(jiān)控內(nèi)容。目前可供選擇的報警要素包括區(qū)域、時間段、物體種類、尺寸、運動方向、速度、行為特征等許多內(nèi)容。

　　6、報警聯(lián)動。在智能視頻分析系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常情況以后，通常需要作核實報警真實性，如通過另外一臺云臺相機對報警事件拉近進行詳細調(diào)查，或者及時通知、提醒監(jiān)控人員。常用實時提示方法包括語音、彈出圖像、發(fā)送短信、截圖等手段提示監(jiān)控人員。

　　特殊功能

　　智能視頻分析也可以解決港口的特殊需求。

　　尤其是在安全生產(chǎn)方面。例如在集裝箱堆場干道的違章停車問題，集裝箱卡車在橋吊下停車位置不準問題，煤堆場自燃報警等等。由于智能視頻分析技術(shù)本身可以應(yīng)用到很多領(lǐng)域，港口和視頻分析公司之間都的溝通可以為港口帶來很多全新的問題解決思路。

　　遇到的特殊問題

　　和其它智能視頻分析的應(yīng)用場景(如監(jiān)獄，電廠，銀行，要害機關(guān)等)相比，港口項目有以下一些難點需要引起注意：

　　1、范圍大

　　港口的周界通常在幾公里以上。通常也較為空曠。可供選擇的安裝點不一定能夠滿足典型智能視頻分析系統(tǒng)的要求。這主要是由于現(xiàn)有產(chǎn)品的典型檢測距離通常在幾十米這個范圍內(nèi)，個別廠家可以做的遠一些。從技術(shù)上講，主要是分辨率和處理能力之間的矛盾。如果分辨率過高，由于數(shù)據(jù)量增大，一些低端的系統(tǒng)就無法實時處理如此大量的圖像數(shù)據(jù)。對于港口而言，利用D1(704乘以576)圖像進行分析是經(jīng)常遇到的。

　　2、相機抖動

　　由于港口通常較開闊，面臨海面或者江面，所以相機抖動是肯定存在的。即使將相機固定在很粗的燈桿上，在大風天也無法避免抖動現(xiàn)象。對采取背景模型法的固定相機，相機抖動必須有效補償后才可以使用，否則將產(chǎn)生大量誤報警。

　　3、水面波浪，反光。

　　以上技術(shù)難點在部分現(xiàn)有商業(yè)系統(tǒng)中得到解決。所以在選擇系統(tǒng)時要加以甄別。

　　當要求對碼頭水域進行監(jiān)控時，如對入侵的小舢板進行報警，如果不能很好地處理水面波浪和陽光反射造成的波光粼粼的現(xiàn)象也會造成大量誤報警。

　　技術(shù)發(fā)展趨勢

　　智能視頻分析無論是技術(shù)還是市場成熟度都處于早期階段。一些新產(chǎn)品、新功能不斷涌現(xiàn)?？偟膩碚f，國外比國內(nèi)的市場應(yīng)用范圍更廣;國內(nèi)自主研發(fā)的廠家較少，集成國外系統(tǒng)的廠家較多。從長遠來看，視頻監(jiān)控系統(tǒng)朝智能化方向發(fā)展逐漸被政府部門、集成商以及最終用戶所認同。如何選擇進入市場時機，在利用智能視頻分析技術(shù)提升港口安保水平，進而提升貨主滿意度和尋找成熟技術(shù)之間達到一個平衡，是港口安防部門需要結(jié)合自身情況考慮的問題。