機器視覺在智慧城市中的應用

□ 文/本刊記者 何遙

經濟增長、城市化以及視頻監控技術發展共同驅動下，全球視頻監控市場保持續強勁的兩位數增長，中國是其中最大、增長最快的市場，近年來表現持續強勁，發展速度超過全球其他地區。在技術和方案實踐層面，隨著智慧城市的興起，中國也因快速發展和容量巨大，成為應用和錘煉全球最先進技術方案的場所。

經濟增長、城市化以及視頻監控技術發展共同驅動下，全球視頻監控市場保持續強勁的兩位數增長，中國是其中最大、增長最快的市場，近年來發展速度超過全球其他地區。在技術和方案實踐層面，隨著智慧城市的興起，中國也因快速發展和容量巨大，成為應用和錘煉全球最先進技術方案的場所。

據聯合國發布的數據顯示，到2050年將有近三分之二的世界人口居住在大城市。而2014年，該比例只有二分之一。城市化浪潮與人工智能（AI）相遇，交通管理亟需跟上智慧城市的步伐，應對的挑戰越來越多。機器視覺（Machine Vision, MV）作為AI的一個分支，以機器代替人眼來做判斷和測量，它在城市能化的化程中應對越來越多的挑戰，幫助人們看得更清楚、更迅速、更廣闊。

“昆侖”、“海燕”等等系統是將機器視覺應用于智慧城市中的兩個案例。機器視覺系統的應用方在進行選擇時，可從定位、工具集等5個方面進行基礎考量。

視圖數據平臺守護城市安全

實施“安防機器視覺+”戰略以來，宇視科技（uniview）在芯片、算法、架構、產品四個維度都取得了長足的進步，在各垂直行業都有經典應用，在智慧城市中的應用令人矚目。

昆侖視圖數據中心計算平臺發展至第二代，采用業界首創高密度融合計算架構，創新實現CPU通用計算板卡、GPU視圖計算板卡混插與集群應用，廣泛應用于公共安全領域視圖解析中心的建設，已實現規模應用并服務于實戰。

在撫順，建設視頻圖像信息應用平臺，構建視圖解析中心自動提取視頻中的人、車、非機動車的屬性和特征信息，實現億級數據庫秒級查詢和檢索，大幅提升視頻綜合應用工作效率。實戰中利用“昆侖”對某盜竊案周邊12個點位的監控錄像進行高倍數結構化分析，僅15分鐘鎖定嫌疑車輛，最終快速破案。

大連高效建成“昆侖”人臉布控系統，錄入黑名單人員超40萬，守護達沃斯論壇。在機場及接待外賓的五星級酒店出入口部署人臉智能攝像機，在安保指揮中心部署人臉分析服務器、存儲及公安指揮平臺。論壇召開的三日內，識別并預警重點布控人員10人，系統核查人數超過6萬人，有效消除安全隱患。

昆侖視圖數據中心計算平臺發展至第二代，采用業界首創高密度融合計算架構，創新實現CPU通用計算板卡、GPU視圖計算板卡混插與集群應用，廣泛應用于公共安全領域視圖解析中心的建設，已實現規模應用并服務于實戰。

在城市，撫順建設視頻圖像信息應用平臺，構建視圖解析中心自動提取視頻中的人、車、非機動車的屬性和特征信息，實現億級數據庫秒級查詢和檢索，大幅提升視頻綜合應用工作效率。實戰中利用“昆侖”對某盜竊案周邊12個點位的監控錄像進行高倍數結構化分析，僅15分鐘鎖定嫌疑車輛，最終快速破案。

在鄉鎮，湖南道縣公安部署“昆侖”人臉識別系統，共計300個人臉識別前端，上線僅3天，該系統成功布控2名黑名單人員，最終協助道縣公安抓捕上網逃犯田某和盤某，實現了“汗水警務”向“智能警務”的轉變。

在峰會，大連高效建成“昆侖”人臉布控系統，錄入黑名單人員超40萬，守護達沃斯論壇。在機場及接待外賓的五星級酒店出入口部署人臉智能攝像機，在安保指揮中心部署人臉分析服務器、存儲及公安指揮平臺。論壇召開的三日內，識別并預警重點布控人員10人，系統核查人數超過6萬人，有效消除安全隱患。

昆侖系列產品已經累計部署超過100個項目，每天都在高效履行著守衛公共安全的職責，昆侖二代支撐新一代視圖數據中心資源利用率提升100%，能耗降低50%，實現通用計算業務、智能分析業務、大數據業務集群化調度應用，是“安防機器視覺+”技術戰略在架構和產品緯度演進的最佳實踐。“昆侖之巔，智慧非凡”，協助中國成為犯罪率最低的國家之一、中國城市成為全球最平安的地區。

另外，除昆侖系列之外，宇視的其他方案也在智慧城市中廣泛應用。如重慶江北國際機場，總占地近萬畝，相當于30個標準足球場大小，是我國中西部地區唯一同時擁有三航站樓、三條跑道運行的機場，可起降空客380、波音787等超大型客機。宇視以視頻監控精工產品和大系統整體解決方案守護在包括T1、T2在內的全部三個航站樓，其中T1、T2航站樓宇視監控系統已穩定運行7年，依舊圖像清晰、系統穩定；T3除了傳統IP監控外，還采用宇視智慧停車場方案，為重慶機場安保工作貢獻可靠和智慧的力量。

車輛二次分析系統滿足各種實際應用需求

科達海燕車輛二次分析系統在大數據時代下應運而生，融合了具有先進的深度學習算法的機器視覺技術。

首先對所有卡口系統、電子警察系統抓拍的圖片進行處理，進而進行二次識別，包括車牌號碼及顏色、區域、時間、車輛細分車型、車標、車輛顏色等等各種信息。目前海燕系統能夠識別400余種車標、5000余種細分車型。

另外，海燕系統基于GPU的集群架構，也為深度學習算法提供了有力的支撐。系統采用大數據分析技術，對二次分析后的結構化數據和匯聚的其他車輛數據進行比對和數據挖掘，可實現更多實戰應用，包括：假牌套牌分析、未系安全帶分析、行車通話分析、車輛多點碰撞、晝伏夜出分析等等滿足交通管理者對城市道路安全管理的各種需求。同時，對于涉車案件，還能進行車輛稽查布控、告警等，為公安部門追逃嫌疑目標、刑偵破案提供技術支撐。

目前，科達海燕車輛二次分析系統憑借其快速、準確、全面的車輛檢索與定位以及完善的配套技戰法，在蘇州、廈門等地已部署完成，并產生了眾多戰果，同時正陸續在牡丹江、柳州等全國11個省市區進行部署。

在蘇州，“海燕”上線一周余時間，就抓拍到近3000起違章行為，其中開車未系安全帶的1828起，開車玩手機或打電話的1074起，實現對道路交通的綜合管控，改善蘇州交通狀況，整治違法亂象，為市民安全出行提供保障。

在廈門，海燕車輛二次分析系統在投入使用短短幾個月時間內，廈門市公安局通過海燕系統，就破獲車輛“碰瓷”、假套牌等涉車案件100多起，有效遏制了涉車類案件的發生。

隨著機器視覺與安防的融合，很好地解決了城市公共交通安全管理中所面臨的各種困境。例如針對違章車輛的抓拍上，不再僅僅依靠車牌識別技術，借助圖像處理并通過海量的大數據分析、深度學習訓練，就可以依靠前端設備采集的信息分析出車身顏色、車燈以及車標或者其他多種特征，從而得到較高的識別率，從而實現對目標車輛的檢索。

如何選擇機器視覺系統

構筑智慧城市的交通大腦，機器視覺方案的應用將越來越多。無論是平臺極的應用還是只使用一款產品，選擇機器視覺方案（產品）時，關鍵要考慮以下幾點。

定位

傳統的物體定位采用的是灰度值校正來識別物體。盡管這種技術得到了廣泛的應用，但是，它在圖象質量變差的情況下，就缺乏穩定性。圖象質量變差可能是由于凌亂、亮度不同和遮蓋等因素的影響。相反，幾何對象定位法是一種最新的方法，它使用對象的輪廓來識別對象及其特征。

完整的工具集對多個工具

機器視覺軟件主要以兩種形式出售：一種是完整的視覺工具集，另一種是用于特定任務的工具的應用，如BGA檢測。最終用戶的應用將決定是使用一套完整的視覺工具集還是使用眾多的特定的工具。視覺工具是一般的應用或算法，它能對圖像或圖像某個部分完成預定的任務。例如，一個斑點檢測工具可以找出一組暗的或亮的象素，并測量出這個斑點的各種尺寸。選擇一款視覺系統的重點在于擁有一套完整的視覺工具集。雖然在項目之初不需要所有的工具，但是幾年之后你的要求就會改變，對新的應用就可能需要另外的工具。

編程和操作

編程和操作應方便簡潔，直觀的圖形界面是容易使用和設置的關鍵。

當今機器視覺產品之間的主要區別在于他們的圖形接口。接口應該從 “設置”和“操作”這兩方面來評價。對一個工程師來講，它應該非常復雜，而對于一個操作者來說應非常簡單。例如，一個視覺系統的校準應該簡單得只點擊幾次鼠標，而不是像在火箭科學中的練習。

可擴展、升級

當選擇一個系統時應考慮系統將來的升級。幾種供應商提供的通用視覺軟件能為最終用戶配置合適的照明、光學系統和視覺工具。專用軟件包如BGA檢測、OCR等也可當作預先配置好的軟件出售。基于通用目的的視覺軟件系統更好升級。最終用戶應該根據附加的攝像機、照明的變化、視覺工具的變化等來考慮將來對系統的需求。

工廠層連接

機器視覺系統是一個與其它工廠層設備和工廠的信息系統接口的數據獲取系統。一些供應商的軟件能在局域網或因特網上對視覺系統進行遠程操作。在智慧城市的交通管理中，機器視覺系統對特定的應用被要求可能獨立的（從而確保設置不受遠程操作的干擾），也可能需要與其他設備結合。同時，視覺系統的通訊接口是一個重要的考慮，不應該被忽視。

結束語

我國機器視覺行業雖然起步較晚，但發展很快，已成為繼美國和日本之后的全球第三大機器視覺市場。通過在細分市場推出定制化的系統產品，為細分領域客戶解決需求，成為重要的發展方向。海康威視、大華、宇視等行業領頭羊也是將機器視覺應用于安防和智慧城市的佼佼者。全球機器視覺市場正處于迅速發展之中，預計到2025年年底，市值將超過192億美元。更多的安防企業將從這一領域分得蛋糕。