淺析人工智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在風(fēng)洞中的應(yīng)用

單永正

（中國航空工業(yè)集團(tuán)公司空氣動力研究院，黑龍江 哈爾濱 150000）

隨著科技的進(jìn)步，人工智能技術(shù)不斷發(fā)展，在改變各領(lǐng)域智能化水平的同時(shí)，也對這些領(lǐng)域的現(xiàn)代化發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動作用，特別是在視頻監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠推動視頻監(jiān)控系統(tǒng)向著高清化、數(shù)字化以及智能化的方向發(fā)展，這對于視頻監(jiān)控系統(tǒng)在風(fēng)洞中的監(jiān)控效果的提升具有非常積極的作用。因此，針對人工智能背景下視頻監(jiān)控系統(tǒng)在風(fēng)洞中的具體應(yīng)用進(jìn)行深入的研究是很有必要的。

1 人工智能技術(shù)

人工智能技術(shù)涉及內(nèi)容較為廣泛，包含人臉識別技術(shù)、虹膜識別技術(shù)、聲紋識別技術(shù)、步態(tài)識別技術(shù)以及靜脈識別技術(shù)等等，這些都屬于典型的智能生物識別技術(shù)。其中人臉識別技術(shù)在現(xiàn)代社會中的應(yīng)用較為廣泛，主要是因?yàn)槠浜诵乃惴ň哂休^快的發(fā)展速度，具有較高的實(shí)效性，是成熟度較高的人工智能技術(shù)，所以其應(yīng)用前景非常的廣泛。而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)也逐漸成為了視頻監(jiān)視領(lǐng)域發(fā)展的重要方向，這使得智能視頻監(jiān)視系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用在了各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。

在深度學(xué)習(xí)被廣泛應(yīng)用以后，人像識別技術(shù)獲得了更大的發(fā)展空間，例如慧視人像平臺，在實(shí)踐應(yīng)用當(dāng)中獲得了較為顯著的效果。該平臺涉及到高性能計(jì)算、大規(guī)模運(yùn)維以及人像識別算法等內(nèi)容，而算法不同，其使用范圍也會存在一定的差異，具體需要根據(jù)實(shí)際的視頻監(jiān)控工作合理的選擇相關(guān)算法。

對核心算法進(jìn)行創(chuàng)新。在對人像識別技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過程中，需要對統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)圖以及深度學(xué)習(xí)進(jìn)行融入，以此來創(chuàng)新核心算法，如此才能保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，確保在任何情況下都能獲得良好的人像識別效果。

首先，在深度學(xué)習(xí)方面，人像識別的過程中通常會涉及兩個(gè)方面，即人像監(jiān)測定位和對比識別。因此，在獲取人像特征時(shí)，可以對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、變形模型、彈性模型、幾何特征以及代數(shù)特征等方法進(jìn)行應(yīng)用，而以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的深度學(xué)習(xí)在人像識別當(dāng)中屬于較為特殊的一項(xiàng)，其不需要獲取人工特征，就可以在樣本訓(xùn)練期間完成學(xué)習(xí)，并獲得更為準(zhǔn)確的信息。另外，在深度學(xué)習(xí)期間，并不需要進(jìn)行督促和干涉，從某種程度上來講，是對機(jī)器學(xué)習(xí)研究的一種創(chuàng)新，能夠?qū)⒛M人腦作為根本，所以，其在實(shí)際應(yīng)用中具有較高的監(jiān)控識別率。

其次，在統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)模型方面。雖然在人工智能技術(shù)中，深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用非常廣泛，但隨著數(shù)據(jù)數(shù)量的不斷增多，學(xué)習(xí)以及訓(xùn)練所要耗費(fèi)的時(shí)間也在不斷延長，為了對這種問題加以解決，相關(guān)領(lǐng)域?qū)θ斯ぶ悄芗夹g(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的創(chuàng)新和升級，也就是在視頻監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中對統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)圖模型算法進(jìn)行應(yīng)用，通過這種方法，僅需要得到一個(gè)小樣本就能確保識別的效率和精確性。所以，相比于深度學(xué)習(xí)，盡管統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)模型的普及程度相對較低，但其作用及研究價(jià)值仍然是不容忽視的。

2 應(yīng)用智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢

相比于將監(jiān)控畫面?zhèn)魉偷斤@示屏幕，由專人值守判斷是否異常的傳統(tǒng)形式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢主要有以下幾點(diǎn)：（1）智能視頻監(jiān)控能夠?qū)崿F(xiàn)全天候監(jiān)控。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以全天候24小時(shí)進(jìn)行可靠監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)無人監(jiān)控模式，大大節(jié)約人力成本。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過嵌入在前端設(shè)備中的智能視頻模塊、或者中心安裝的智能分析服務(wù)器，對所監(jiān)控的畫面進(jìn)行不間斷分析。（2）提高報(bào)警的精確度。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備可以集成強(qiáng)大的圖像處理能力，并運(yùn)行高級智能算法，使用戶可以更加精確的定義視頻特征，降低誤報(bào)情況，避免出現(xiàn)大量無用視頻。（3）及時(shí)處理突發(fā)事件。系統(tǒng)可以達(dá)到毫秒級的報(bào)警觸發(fā)反應(yīng)時(shí)間，并且能夠設(shè)置和識別可疑活動，在安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生前提示管理人員，在相關(guān)特定威脅出現(xiàn)前做出處理預(yù)案。（4）強(qiáng)大的數(shù)據(jù)檢索和分析功能：能提供快速調(diào)查檢索。（5）豐富的其他應(yīng)用。除了能夠應(yīng)用在安防領(lǐng)域，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)還能夠被應(yīng)用到其他方面，比如姿態(tài)識別等，發(fā)揮更大作用。

綜上，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)對比，可以參見下表。

表1 兩種視頻監(jiān)控系統(tǒng)對比

3 人工智能視角下視頻監(jiān)控系統(tǒng)的具體應(yīng)用

（1）物像靜態(tài)識別。從本質(zhì)上來看，對物像進(jìn)行靜態(tài)識別的過程，實(shí)際也是對物像進(jìn)行對比的過程，其主要是以物像庫為基礎(chǔ)，對物像進(jìn)行對比，根據(jù)相似度進(jìn)行篩選的。靜態(tài)識別具有強(qiáng)大的分析功能，其能夠從海量的數(shù)據(jù)資料當(dāng)中迅速找出所需目標(biāo)的資料，并對其進(jìn)行相應(yīng)的處理。首先對帶入風(fēng)洞的所有物體建立物像庫，然后對風(fēng)洞內(nèi)物體進(jìn)行物像靜態(tài)識別，可以通過高新科技提高圖像的清晰度，恢復(fù)物像的外部輪廓，從而實(shí)現(xiàn)對風(fēng)洞內(nèi)物體進(jìn)行準(zhǔn)確的識別，避免出現(xiàn)在風(fēng)洞試驗(yàn)前帶入風(fēng)洞的扳手、改錐、梯子等工具遺落在風(fēng)洞內(nèi)從而導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)的情況。

（2）人像動態(tài)識別。對人像進(jìn)行動態(tài)識別，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)洞門口人像的捕捉和獲取，能夠?qū)︼L(fēng)洞內(nèi)人流狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤，并對人員進(jìn)行軌跡查詢。可以將進(jìn)入風(fēng)洞人的人員的體態(tài)特征以及面部特征錄入到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，并在風(fēng)洞范圍內(nèi)進(jìn)行視頻監(jiān)控，通過智能視頻監(jiān)視系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)開始前，將離開風(fēng)洞的人員的人像數(shù)據(jù)與進(jìn)入風(fēng)洞時(shí)的儲存數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和篩選，確認(rèn)人員全部離開，避免發(fā)生有人員被誤關(guān)在風(fēng)洞內(nèi)的情況。

（3）姿勢識別。當(dāng)前階段，風(fēng)洞應(yīng)用范圍越來越廣，已經(jīng)不限于傳統(tǒng)的航空航天領(lǐng)域，在體育娛樂領(lǐng)域也已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，相關(guān)設(shè)備以及技術(shù)手段也變得越來越成熟。例如，在為跳臺滑雪運(yùn)動員訓(xùn)練建造的跳臺滑雪風(fēng)洞，如果應(yīng)用傳統(tǒng)形式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，往往需要應(yīng)用人工的方式進(jìn)行監(jiān)控及篩選，這不僅會增加教練員和運(yùn)動員的工作量，還不能同步實(shí)時(shí)疊加天平系統(tǒng)采集的升力、阻力數(shù)據(jù)，影響到運(yùn)動員的訓(xùn)練效率。而如果使用智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，則可以識別運(yùn)動員姿勢動作，并將其三維建模重構(gòu)，同時(shí)可以在視頻流數(shù)據(jù)中同步實(shí)時(shí)添加升力、阻力等數(shù)據(jù)，為運(yùn)動員科學(xué)訓(xùn)練提供依據(jù)。

（4）信息查詢。應(yīng)用智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)Ａ恳曨l資源進(jìn)行篩選和提取，從而在其中找到具有應(yīng)用價(jià)值的信息，例如，跳臺滑雪運(yùn)動員、翼裝飛行運(yùn)動員以及跳傘運(yùn)動員等在風(fēng)洞訓(xùn)練的過程中，借助智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，教練員能夠在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中對多次訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行阻力和升力的極大極小值檢索，獲得相應(yīng)時(shí)刻的運(yùn)動姿態(tài)信息，從而在最小阻力或最大升力當(dāng)中確定運(yùn)動員最佳姿態(tài)動作，達(dá)到科學(xué)訓(xùn)練的目的。

（5）突發(fā)事件的快速處理。在風(fēng)洞試驗(yàn)中，經(jīng)常會遇到各種各樣的突發(fā)事件，包括設(shè)備故障，模型部件脫落，槳葉損壞，模型碰撞、運(yùn)動員摔倒等，由于是突發(fā)事件，所以相關(guān)人員往往不能及時(shí)達(dá)到現(xiàn)場，但這種情況危害巨大，處理的越及時(shí)，就能把可能的危害程度控制的越小。所以，在遇到突發(fā)事件以后，應(yīng)用智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的快速臨時(shí)部署，例如對風(fēng)洞風(fēng)機(jī)進(jìn)行緊急停車、將模型緊急復(fù)位等措施，并利用視頻網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測和回傳，使相關(guān)人員能夠及時(shí)了解現(xiàn)場情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程指揮，達(dá)到有效控制現(xiàn)場，為后續(xù)工作提供有效支持的目的。

4 結(jié)語

綜上所述，在人工智能背景下，將視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到風(fēng)洞中，不僅能夠提高現(xiàn)代視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平，還能使其應(yīng)用范圍變得更加廣泛。因此，風(fēng)洞試驗(yàn)應(yīng)該對智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)保持高度的重視，不僅要結(jié)合實(shí)際情況，對智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行合理的應(yīng)用，還要結(jié)合現(xiàn)代科技的發(fā)展情況，對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行不斷改進(jìn)和深化，使其能夠在風(fēng)洞中發(fā)揮更大的作用。