智能視頻分析技術在監控系統中的應用

樊亞琴

(山西省引黃工程管理局，山西太原 030012)

0 引言

近幾年，國內視頻監控系統建設蓬勃發展，目前全國僅公安系統已經建設了70多萬個探頭，共享社會資源300多萬個，由此可見監控已經“無處不在”。特別是2010年上海世博會，2011年深圳第26屆世界大學生運動會等大型活動的成功舉行，視頻監控系統更是功不可沒，為和諧社會起到了重要作用。

從技術發展趨勢上來看，視頻監控系統經歷了模擬化、數字化、網絡化三個階段后，目前正在向智能化方向發展[1]。新一代的智能視頻分析技術涉及圖像處理、計算機視覺、模式識別、人工智能等眾多研究領域，是一個跨學科的綜合問題，也是一個極具挑戰性的前沿課題[2]。

智能視頻分析技術，國外起步較早，尤其是9·11事件、馬德里爆炸案以及倫敦爆炸案之后需求開始增長。國外的智能視頻監控市場已經從“概念驗證”階段向“規模應用”階段過渡，開始慢慢形成一個產業。國內方面，這幾年不管是高?？蒲袡C構，還是產業化方面都針對智能視頻分析技術開展了大量的工作，為智能監控技術的實戰應用奠定了基礎。

1 智能視頻分析需求分析

隨著大規模監控網絡的建設，僅靠人力難以充分發揮監控系統的效能，迫切需要智能視頻分析技術。由于缺乏智能，傳統的視頻監控系統面臨以下幾個方面的不足:

1)效率低下。傳統的監控系統中，“以人為主”的“圖像監視”和“錄像調閱”已無法滿足監控探頭和DVR錄像數據增長的需求。據調查，一個人只觀看兩臺顯示器，10 min后人眼就會忽略45%的屏幕內容，22 min后人眼就會忽略95%的屏幕內容。因此如何將人從繁雜而枯燥的任務中解脫出來，提高監控的有效性是一個亟待解決的問題。

2)信息污染。海量的視頻信息中99.9%的信息是無用的，剩下的0.1%又是至關重要的[3]。大量的無用視頻信息，淹沒了少量的有用信息，使得有用信息的獲取變得困難。

3)資源浪費。監控探頭分布廣，數量多，行業復雜，海量視頻數據的傳輸和存儲，給帶寬及存儲資源帶來巨大壓力。

4)業務功能單一。由于缺乏有效的智能分析手段，目前的監控系統仍舊是以“監”視為主，缺乏有效的“控”制能力。

2 智能視頻分析技術

智能視頻分析技術應用于監控是對輸入的視頻流，進行目標檢測、跟蹤、分類以及內容理解等，將各種圖像處理，計算機視覺以及模式識別等算法相結合，完成由視頻到事件參數的轉變。從智能化的程度上來看，智能視頻分析技術可以分為三級，如圖1所示。

主要技術包括以下幾個方面:

1)目標檢測。在視頻監控系統中，目標檢測處于智能分析的低層，包括動目標以及靜目標檢測，是各種后續處理的基礎。

2)目標跟蹤。目標跟蹤即對監控區域內的運動目標的軌跡進行跟蹤，是目標監控的最基本的應用，也是其他事件監測的基礎，處于智能視頻分析的中層。

3)目標分類和識別。屬于智能視頻分析的中高層。目標分類指根據檢測到目標的形狀、外觀、輪廓等特征進行分類(如行人、車輛、動物等)。目標識別指對目標的身份進行甄別，實際應用中，如人臉識別，步態識別，車牌識別等。

4)視頻內容分析和理解。屬于高級智能視頻分析，是真正實現監控智能化的關鍵。在上述中、低級處理的基礎上，進一步對場景中的行為，復雜事件等進行分析和識別，并用自然語言等加以描述。其中最典型的是對場景中的運動目標特別是人的行為的理解和描述。

此外，隨著城市人口居住密度及流動性越來越大、大型活動逐漸增多，對群體監控和分析也顯得日益重要，如人流密度統計，以及群體行為和運動分析等。

3 智能視頻監控系統

智能分析技術應用于視頻監控領域，應從整個系統的效能出發，綜合考慮成本，算法復雜度，實際需求等，滲透到系統的各個環節中。

1)前端智能化。在包含成千上萬個探頭的監控網絡中，具有智能的監控前端，不僅能提高對異常事件的反應力，還可以降低海量視頻對傳輸存儲資源的需求。具有異常事件感知功能的智能前端技術，能主動甄別攝像機視圖中的感興趣目標。在諸如有人闖入、盜竊、提包遺失或者未經許可在限制區域閑逛等違反自定義規則的情況發生時，發出告警信息，并可在多個探頭之間實現接力跟蹤。

2)存儲的智能化。在視頻分析技術的應用下，基于事件特征的智能存儲能夠自動對所存儲的視頻進行標注，從而便于后期的查閱檢索。另一方面，傳統的固定周期的視頻存儲，在存儲周期結束后，將不再保留任何歷史視頻數據(被清空或覆蓋)，這對一些在規定存儲周期內還無法破案的事件，會造成無法彌補的損失。具有自動生命周期衰竭規律的視頻存儲新技術，認為信息是有生命周期的，動態的對存儲信息進行全程管理。

3)檢索的智能化。目前安防監控中，大容量數字化存儲已經得到了大量應用。隨著高清化的發展，存儲容量得到進一步擴大，傳統的基于預設告警和時間的視頻檢索方式已不能滿足需求，迫切需要基于內容的視頻檢索技術。而智能分析與存儲技術的發展使得海量視頻檢索成為可能。在存儲的時候，利用智能分析技術將每段視頻都打上特有的標記，后端數據的管理和檢索可以根據標記快速查找。因此智能分析與存儲技術必須協調起來，才能最終達到智能檢索的效果。

4)應用及管理的智能化。智能綜合管理平臺應對各類報警事件進行集中管理、集中監控、相互聯動，能夠對監控圖像中的關鍵信息進行自動、智能、實時的甄選、處理與理解，并用于突發社會安全事件的輔助決策與預警，真正實現視頻監控的目的。智能綜合管理平臺管理將監控設備管理、監控圖像資料管理和監控人員管理有機地集成起來，有利于從全局角度出發優化系統資源的配置，避免將來重復建設和盲目建設。

4 結語

智能視頻分析技術應用于監控領域，不僅使得傳統的被動監控變為主動監控，而且為海量信息傳輸、存儲以及檢索提供了新途徑。但是受各種因素影響，智能視頻監控系統目前還處于初步應用的階段，今后需在智能視頻分析算法、系統方案、降低成本等方面加快發展速度。

[1]鄭世寶.智能視頻監控技術與應用[J].安防科技，2009(3):59-61.

[2]王素玉，沈蘭蓀.智能視頻監控技術研究進展[J].中國圖像圖形學報，2007，9(12):1506-1510.

[3]張永生.智能視頻分析發展現狀與趨勢[J].中國公共安全(綜合版)，2009(10):110-112.