基于視頻分析技術(shù)的安防系統(tǒng)

張悅

摘要：在城市的建設(shè)中，綜合安防系統(tǒng)的建設(shè)中要具備前瞻性，要能夠做好提前規(guī)劃，做好城市建設(shè)過(guò)程中的綜合監(jiān)控安全管理，系統(tǒng)對(duì)城市建設(shè)規(guī)劃過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的考慮，對(duì)系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)行整體性的分析，深度集成安防系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)，保證建設(shè)的安防系統(tǒng)能夠發(fā)揮最佳的作用，來(lái)提高城市建設(shè)過(guò)程中的安全保衛(wèi)工作。通過(guò)對(duì)視頻安防系統(tǒng)的分析，提出了一種智能視頻分析技術(shù)的解決方案。

關(guān)鍵詞：視頻分析技術(shù)；智能分析；安防系統(tǒng)在信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)不斷的發(fā)展情況下，平安城市和數(shù)字化城市的建設(shè)不斷的加快，數(shù)字視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)得到了不斷的快速的發(fā)展，如何有效的建設(shè)基于視頻分析技術(shù)的城市安防保衛(wèi)系統(tǒng)，成為城市建設(shè)過(guò)程中，重點(diǎn)考慮的問(wèn)題之一。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，提供一種新的視頻監(jiān)控分析來(lái)滿(mǎn)足城市建設(shè)的需要。

1視頻分析技術(shù)

目前，一般的視頻分析技術(shù)采用的是前端分析技術(shù)，主要是通過(guò)模擬攝像機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行采集和分析，將視頻流進(jìn)行回傳處理，并發(fā)送到服務(wù)器短，利用模擬信息轉(zhuǎn)換裝置，將采集到的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在經(jīng)過(guò)壓縮處理之后，保存到系統(tǒng)的磁盤(pán)陣列中，保證在需要時(shí)進(jìn)行查看。對(duì)現(xiàn)有的視頻分析技術(shù)中主要采用的關(guān)鍵技術(shù)有：視頻移動(dòng)探測(cè)技術(shù)、壓縮編碼技術(shù)、視頻傳輸協(xié)議、視頻轉(zhuǎn)換技術(shù)、背景差法運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)等技術(shù)。一般的視頻檢測(cè)系統(tǒng)如下圖1所示：

采用這種系統(tǒng)進(jìn)行安防管理的過(guò)程中，主要存在如下確定：

⑴網(wǎng)上信號(hào)的數(shù)據(jù)量比較大，攝像頭采用的圖像數(shù)據(jù)直接回傳到系統(tǒng)的服務(wù)器上，由服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這樣就會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的傳輸數(shù)據(jù)壓力比較大。

⑵視頻圖像在傳輸?shù)倪^(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)變，在數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，容易丟失數(shù)據(jù)，這樣就會(huì)造成圖像的失真，導(dǎo)致圖像不夠清晰，而且采用VMD技術(shù)對(duì)相鄰的幀圖像進(jìn)行處理，具有一定的局限性，它不適合在多種環(huán)境中進(jìn)行處理圖像，容易產(chǎn)生誤報(bào)的情況，對(duì)于一些動(dòng)態(tài)的圖像的處理比較敏感，容易產(chǎn)生誤報(bào)的現(xiàn)象，因此它不適合外部的環(huán)境監(jiān)控。

⑶采用MPEG-4編碼技術(shù)還具有一定的局限性，采用的有損壓縮的方式，在數(shù)據(jù)圖像壓縮的過(guò)程中，容易使得圖像變形。

⑷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不能夠進(jìn)行及時(shí)處理預(yù)警信息，系統(tǒng)的報(bào)警處理方式不夠及時(shí)，只有在用戶(hù)調(diào)看相關(guān)的數(shù)據(jù)圖像時(shí)，才能夠發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問(wèn)題的畫(huà)面，缺乏智能分析與報(bào)警處理機(jī)制，不能夠進(jìn)行及時(shí)的處理。

2新型智能視頻分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于傳統(tǒng)的視頻技術(shù)分析系統(tǒng)存在的諸多問(wèn)題，需要采用新的技術(shù)和方式，提高視頻的安防管理措施，根據(jù)現(xiàn)代城市發(fā)展的要求，采用智能視頻分析技術(shù)是現(xiàn)代“平安城市”建設(shè)的理想需求。

2.1 智能視頻技術(shù)的選擇

⑴嵌入式硬件集成前端圖像采集分析單元。對(duì)于該功能的設(shè)計(jì)就是將圖1所示的視頻分析結(jié)構(gòu)體系中，把其中的模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備、編碼壓縮功能模塊、圖像分析處理單元進(jìn)行技術(shù)處理，將他們的功能深度集成到高清攝像機(jī)的數(shù)據(jù)前端分析單元上，由于采用智能視頻分析主要采用的是計(jì)算機(jī)視覺(jué)信息處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息傳輸技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻圖像的畫(huà)面進(jìn)行分析、處理、編碼等過(guò)程，相關(guān)的過(guò)程如下：

第一、圖像背景學(xué)習(xí)過(guò)程：系統(tǒng)自動(dòng)的學(xué)習(xí)并處理監(jiān)視場(chǎng)景的情況，并作為參照背景。

第二、圖像分析的加載預(yù)處理過(guò)程：根據(jù)用戶(hù)的定義，對(duì)圖像的處理進(jìn)行預(yù)定義規(guī)程。

第三、目標(biāo)提取跟蹤過(guò)程：依據(jù)定義的背景圖像，對(duì)相應(yīng)的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，自動(dòng)的提取視頻前景的變化目標(biāo)，檢測(cè)視頻目標(biāo)的活動(dòng)。

第四、視頻圖像的分析判斷過(guò)程：根據(jù)定義的背景，對(duì)視頻的追蹤目標(biāo)進(jìn)行分析與判斷，以確定視頻目標(biāo)是否違反了預(yù)定義的圖像視頻規(guī)則。

第五、觸發(fā)報(bào)警過(guò)程：在對(duì)追蹤的視頻目標(biāo)進(jìn)行分析之后，根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行報(bào)警處理，并將預(yù)定義的信息報(bào)警到制定的用戶(hù)。

3智能視頻分析技術(shù)的安防系統(tǒng)的組成

⑴嵌入式硬件集成前端圖像采集分析單元。主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻圖像的采集、判別、規(guī)則演算的過(guò)程，在智能視頻分析系統(tǒng)中，每一路需要分析的視頻都需要一個(gè)采集分析單元，對(duì)視頻圖像進(jìn)行分析處理，這樣可以減小圖像分析的誤報(bào)現(xiàn)象發(fā)生，可以有效的減輕網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膲毫Α?/p>

⑵服務(wù)器。它的基本功能是對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行管理，一般采用PC作為服務(wù)器，在PC機(jī)上需要運(yùn)行一個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)前端分析單元傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并對(duì)每一條數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識(shí)、報(bào)警時(shí)間、違反規(guī)則的詳細(xì)信息進(jìn)行登記，并對(duì)報(bào)警觸發(fā)前一瞬間和觸發(fā)后一瞬間的兩張現(xiàn)場(chǎng)快照進(jìn)行保存，方便用戶(hù)進(jìn)行調(diào)取觀(guān)看。

⑶管理設(shè)置工具。主要功能是用戶(hù)通過(guò)界面，對(duì)攝像機(jī)上的場(chǎng)景進(jìn)行設(shè)置和規(guī)劃，并制定相應(yīng)的規(guī)則，當(dāng)系統(tǒng)的規(guī)則生成之后，管理工具就可以與前端分析單元通過(guò)服務(wù)器進(jìn)行交互，在前端分析單元發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的信息發(fā)送變化時(shí)，可以自動(dòng)的進(jìn)行報(bào)警聯(lián)動(dòng)反應(yīng)等。

⑷報(bào)警管理工具。主要功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)警信息的管理和查看，能夠?qū)v史報(bào)警信息進(jìn)行查看和分析。

4基于視頻分析技術(shù)的安防系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程

通過(guò)分析可以看出：基于視頻分析技術(shù)的安防系統(tǒng)是基于嵌入式硬件前端分析單元上實(shí)現(xiàn)，對(duì)于所有的圖像分析功能都在分布式的集成單元上實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)利用前端的視分器接入智能圖像分析單元，可以對(duì)視頻的原始圖像進(jìn)行分析；整個(gè)圖像分析的過(guò)程中，嵌入式硬件前端分析單元先對(duì)采集的視頻流進(jìn)行編碼壓縮處理，形成數(shù)據(jù)流，在經(jīng)過(guò)視頻數(shù)據(jù)處理之后，形成有用的關(guān)鍵視頻數(shù)據(jù)流，在圖像出現(xiàn)異常時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)警。

⑴背景學(xué)習(xí)階段。智能視頻分析階段，首先要進(jìn)行背景學(xué)習(xí)，以取得報(bào)警的參考，在學(xué)習(xí)期間系統(tǒng)能夠自動(dòng)的建模，背景的建模是背景減除法的技術(shù)關(guān)鍵，智能前端主要采用的是系統(tǒng)設(shè)置的自適應(yīng)學(xué)習(xí)時(shí)間來(lái)進(jìn)行建模的，它主要根據(jù)背景的實(shí)際“熱鬧程度”選取一段學(xué)習(xí)時(shí)間，并建立學(xué)習(xí)背景的參考，完成系統(tǒng)的建模過(guò)程。

⑵目標(biāo)提取與跟蹤階段。在系統(tǒng)背景學(xué)習(xí)完成建模后，視頻分析系統(tǒng)會(huì)根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行視頻圖像提取并跟蹤，其中的關(guān)鍵技術(shù)采用背景減除法的技術(shù)，將追蹤的畫(huà)面的隨時(shí)間變化的前景圖、背景減除方法的當(dāng)前圖像與背景圖像的差分，進(jìn)行檢測(cè)運(yùn)動(dòng)區(qū)域的的方法。因此，前景圖的選取是視頻分析技術(shù)的關(guān)鍵部分；這樣就需要對(duì)前景圖進(jìn)行進(jìn)行去躁處理，得到一個(gè)比較固定的前景圖；然后是目標(biāo)的識(shí)別，根據(jù)系統(tǒng)提取的追蹤圖像與前景圖進(jìn)行對(duì)比，并進(jìn)行識(shí)別和辨識(shí)。如果要完成圖像的識(shí)別，需要對(duì)視頻系統(tǒng)進(jìn)行模型培訓(xùn)，就是利用已知的目標(biāo)特征的具體特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，系統(tǒng)將對(duì)目標(biāo)的具體特征和大量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行添加，學(xué)習(xí)不同目標(biāo)的所有特征，這樣，在系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)時(shí)，就會(huì)根據(jù)學(xué)習(xí)的背景進(jìn)行標(biāo)識(shí)、匹配特性，并對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分析和歸納。例如，在對(duì)指定的檢測(cè)區(qū)應(yīng)用偵測(cè)人在全景畫(huà)面出現(xiàn)的規(guī)則，同時(shí)結(jié)合時(shí)間計(jì)劃，這樣系統(tǒng)就會(huì)在特定的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)有人進(jìn)入監(jiān)控場(chǎng)景并自動(dòng)報(bào)警。下圖1為現(xiàn)場(chǎng)抓拍的情況：

⑶視頻圖像的智能分析過(guò)程。在系統(tǒng)分析的過(guò)程中，有了之前的背景學(xué)習(xí)、目標(biāo)跟蹤與培訓(xùn)、識(shí)別分類(lèi)與標(biāo)識(shí)等過(guò)程，為后期的視頻分析提供了基礎(chǔ)，它就是利用上述的過(guò)程對(duì)目標(biāo)出現(xiàn)的時(shí)間、位置、速度、大小進(jìn)行判斷，并結(jié)合之前設(shè)置好的行為規(guī)則，對(duì)采集到的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，如人員入侵、不明丟棄物、異常信息等等突發(fā)的情況，對(duì)這些情況進(jìn)行比對(duì)分析。下圖2是抓拍到的不明丟棄物，是智能圖像的分析結(jié)果。

⑷觸發(fā)報(bào)警過(guò)程。在對(duì)視頻圖像進(jìn)行智能分析之后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)預(yù)先確定的目標(biāo)活動(dòng)的違反規(guī)則，與圖像進(jìn)行匹配，如果發(fā)現(xiàn)圖像出現(xiàn)異?；顒?dòng)，就會(huì)根據(jù)預(yù)定義的結(jié)果進(jìn)行傳輸報(bào)警到制定的用戶(hù)，這樣在經(jīng)過(guò)一系列的處理之后，能夠有效的減輕傳輸網(wǎng)絡(luò)的壓力，提高了系統(tǒng)的工作效率。跟蹤報(bào)警模塊采用的是基于Meanshift算法的團(tuán)塊跟蹤，系統(tǒng)會(huì)為每個(gè)目標(biāo)賦以ID號(hào)，并記錄各口標(biāo)質(zhì)心軌跡，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多目標(biāo)的跟蹤。Meanshift利用目標(biāo)的顏色直力一圖模型將圖像轉(zhuǎn)換為顏色概率分布圖，初始化一個(gè)搜索窗的大小和位置，并根據(jù)上一幀得到的結(jié)果自適應(yīng)調(diào)整搜索窗口的位置和大小，從而定位出當(dāng)前圖像中目標(biāo)的中心位置。

5小結(jié)

在前端分析單元產(chǎn)生的報(bào)警信息與系統(tǒng)服務(wù)上數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行比對(duì)之后才能發(fā)出報(bào)警信息，在信息傳輸?shù)倪^(guò)程中，前端分析單元會(huì)對(duì)相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳播中，將報(bào)警信息將被轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻監(jiān)控軟件規(guī)定的事件格式，在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行存儲(chǔ)，后以消息傳遞的方式推送給監(jiān)控端，監(jiān)控端根據(jù)圖像信息的差異并實(shí)時(shí)給出報(bào)警信號(hào)，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)報(bào)警過(guò)程。

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