視頻智能分析系統(tǒng)在糧庫中的應(yīng)用

潘欣欣，陳長清，周亞偉，錢思宇

航天信息江蘇有限公司 (無錫 214000)

隨著《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》的提出，視頻智能分析已經(jīng)在各個行業(yè)中得到應(yīng)用，而糧庫目前視頻監(jiān)控只作為糧庫安防和倉儲智能化管理系統(tǒng)的一部分，這就暴露出很多不足和缺陷，糧庫管理者每天面對大量的視頻數(shù)據(jù)，僅依靠人工進(jìn)行檢索和分析效率低下，需要人工智能作為專家或助手，探測異常信息，進(jìn)而預(yù)測風(fēng)險，保障糧庫日常的作業(yè)安全和倉儲保管安全。

視頻智能分析系統(tǒng)能夠?qū)蛹Z庫現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對安防視頻進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，然后采用國際先進(jìn)的人工智能算法進(jìn)行后臺分析，探測出異常視頻信息進(jìn)行預(yù)警并存儲備份。通過將基于計算機視覺的AI深度學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用在糧食倉儲行業(yè)，增強對視頻圖像的智能分析，解決糧食倉儲行業(yè)的一些實際問題，視頻智能分析系統(tǒng)將成為糧庫日常安全管理的智能化中樞系統(tǒng)。

1 視頻智能分析系統(tǒng)的原理

視頻智能分析其實是仿生學(xué)的一個分支，也是人工智能的一個分支。視頻智能分析是通過對視頻信號的處理、分析及內(nèi)容理解，攫取出范圍內(nèi)的運動個體的運動特征，通過將運動特征與一定預(yù)設(shè)規(guī)貝的比較，讓計算機自動理解識別視頻內(nèi)容，當(dāng)發(fā)現(xiàn)滿足一定規(guī)則條件的“行為”時實現(xiàn)智能化自動報警。

2 視頻智能分析系統(tǒng)前端硬件組成

視頻智能分析系統(tǒng)以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控為基礎(chǔ)，用戶可以設(shè)置某些特定的規(guī)則，系統(tǒng)識別不同的物體，同時識別目標(biāo)行為是否符合這些規(guī)則，一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)控畫面中的異常情況，系統(tǒng)能夠以最快和最佳的方式發(fā)出警報并提供有用信息，從而能夠更加有效的協(xié)助安全人員處理危機，最大限度的降低誤報和漏報現(xiàn)象。智能視頻分析是在傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控中，加入視頻分析、視頻處理技術(shù)，系統(tǒng)硬件分布如圖1所示[1]。前端硬件主要由攝像機、NVR、網(wǎng)絡(luò)智能存儲和視頻解碼器等功能單元組成。

圖1 系統(tǒng)硬件設(shè)備分布圖

2.1 攝像機

前端重要組成設(shè)備，用于視頻圖像的采集，主要分為高清槍式網(wǎng)絡(luò)攝像機、高清半球攝像機、云臺槍機、網(wǎng)絡(luò)紅外高清球型攝像機、根據(jù)應(yīng)用場合采用不同的攝像機，合理配置以滿足圖像采集的效果要求與經(jīng)濟性要求。

2.2 NVR(硬盤錄像機)

即網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機，是網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)部分，NVR與網(wǎng)絡(luò)攝像機協(xié)同工作，完成視頻的錄像、存儲及轉(zhuǎn)發(fā)功能。

2.3 網(wǎng)絡(luò)智能存儲

通過RJ45網(wǎng)絡(luò)接口與網(wǎng)絡(luò)交換機相連接的存儲設(shè)備，主要用于局域網(wǎng)環(huán)境中多臺計算機主機共享存儲空間和為局域網(wǎng)中的設(shè)備提供存儲服務(wù)。

2.4 視頻解碼器

視頻解碼器是對已編碼的數(shù)字視頻進(jìn)行還原解碼操作程序(視頻播放器)或設(shè)備。

3 視頻智能分析系統(tǒng)模塊組成

系統(tǒng)軟件主要有視頻源、中心服務(wù)模塊、國標(biāo)網(wǎng)關(guān)模塊、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)模塊、視頻分析模塊、客戶端模塊等組成，各模塊主要配置說明如下。

3.1 視頻源

視頻源的主要功能是通過前端攝像機對關(guān)鍵區(qū)域?qū)崟r視頻進(jìn)行采集，通過網(wǎng)絡(luò)、光纖傳回監(jiān)控中心。同時硬盤錄像機通過內(nèi)部視頻搜索控件根據(jù)報警開始時間、報警類型、報警地點、報警視頻片段的存儲路徑等信息查詢報告。

3.2 中心服務(wù)模塊

中心服務(wù)模塊，是核心的基礎(chǔ)服務(wù)模塊，主要實現(xiàn)系統(tǒng)各服務(wù)數(shù)據(jù)的集中匯總、數(shù)據(jù)的注冊、用戶注冊等多種功能。

3.3 國標(biāo)網(wǎng)關(guān)模塊

國標(biāo)網(wǎng)關(guān)模塊，主要實現(xiàn)視頻的平臺對接功能，主要通過標(biāo)準(zhǔn)的國標(biāo)28181協(xié)議，實現(xiàn)在其他平臺上獲取實時視頻的服務(wù)。

3.4 數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)模塊

數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)模塊，主要實現(xiàn)平臺實時視頻數(shù)據(jù)及分析模塊之間的裸流傳輸及分析后視頻的接收回傳功能。

3.5 分析模塊

分析模塊，主要實現(xiàn)各種算法的實時分析功能，同時將分析的結(jié)果實時進(jìn)行推送給平臺。

3.6 客戶端模塊

客戶端模塊，是主要人機交互模塊，實時視頻的查看，分析結(jié)果的查看，報警記錄的查詢、用戶的配置、設(shè)備的配置等多在此模塊中完成。

4 視頻智能分析系統(tǒng)的應(yīng)用

在以往的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，操作人員盯著視頻監(jiān)控畫面超過10 min后將漏掉90%的視頻信息，而使視頻監(jiān)控工作失去意義。隨著社會發(fā)展，視頻監(jiān)控被越來越廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)中，攝像機數(shù)量越來越龐大，這給傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。針對目前糧食倉儲行業(yè)發(fā)展趨勢推出智能視頻分析系統(tǒng)，可為糧庫解決很多實際問題。

4.1 視頻增強

本系統(tǒng)能夠提供黑暗視頻增強和粉塵環(huán)境視頻增強功能，分別針對微光弱光環(huán)境和粉塵作業(yè)環(huán)境，提高視頻畫面的質(zhì)量[2]。

(1)黑暗視頻增強功能

針對糧庫倉內(nèi)光線不足等惡劣環(huán)境下的監(jiān)管問題，通過圖像增強技術(shù)，對視頻畫面的實時增強，提高視頻的亮度和清晰度，可以做到不用燈光、紅外夜視等設(shè)備，高度還原糧庫內(nèi)的實情實景。

(2)粉塵增強功能

針對糧庫倉內(nèi)或其它作業(yè)現(xiàn)場在灰塵較大造成視頻畫面不清晰的惡劣場景，通過圖像增強技術(shù)，對視頻畫面的實時增強，提高清晰度，高度還原作業(yè)現(xiàn)場的實情實景。

4.2 視頻遮擋檢測

為逃避監(jiān)管，糧庫的管理人員有時候會在糧庫內(nèi)安裝的攝像機前進(jìn)行遮擋或者使用塑料袋套袋，遮擋視頻畫面。本系統(tǒng)能夠提供視頻遮擋的自動檢測，主要包括視頻遮擋實時檢測和歷史遮擋記錄功能。

(1)視頻遮擋檢測

可以采用實時檢測和后臺定時輪詢的方式，對系統(tǒng)中的攝像頭遮擋行為進(jìn)行檢測。通過圖像模糊度檢測的方式，針對糧庫對攝像頭套袋、遮擋等行為進(jìn)行巡查，一旦發(fā)現(xiàn)糧庫有相關(guān)行為，立即預(yù)警并記錄。

(2)歷史遮擋記錄查詢

可對有遮擋行為的攝像頭信息進(jìn)行記錄，并提供查詢展示的界面。歷史遮擋記錄主要有兩類組成，一類是在視頻遮擋實時檢測中檢測出有遮擋的視頻窗口，會自動新增一條歷史遮擋記錄；另一類是后臺的自動輪詢檢測系統(tǒng)，對所有的攝像頭設(shè)備進(jìn)行掃碼，發(fā)現(xiàn)有遮擋行為時，會自動記錄一條歷史遮擋記錄。

4.3 糧面蟲害分析

在糧庫倉內(nèi)安裝高倍變焦攝像頭時，通過糧面蟲害分析功能，可對糧面蟲害進(jìn)行監(jiān)測，實現(xiàn)糧面單位面積下蟲子數(shù)量、密度及種類的大致統(tǒng)計，并提供實時蟲害分析功能和歷史蟲害記錄查看功能。

(1)糧面蟲害實時分析

主要是對糧庫倉內(nèi)糧面上的蟲害情況進(jìn)行實時的檢測，采用實時檢測和后臺定時輪詢的方式，對倉內(nèi)糧面上的蟲害情況進(jìn)行檢測分析。

(2)蟲害歷史記錄查詢

系統(tǒng)對檢測出有蟲害記錄的歷史視頻信息進(jìn)行記錄，并提供查詢展示的界面。

4.4 違規(guī)行為檢測

糧庫倉內(nèi)違規(guī)行為檢測分析是對庫區(qū)內(nèi)目標(biāo)的行為進(jìn)行綜合判斷，確認(rèn)判斷糧庫內(nèi)是否存在抽煙、不戴安全帽等行為。本系統(tǒng)可以提供抽煙行為實時檢測、不戴安全帽實時檢測以及歷史違規(guī)行為查看的功能[3]。

(1)不戴安全帽檢測

針對糧庫倉內(nèi)人員目標(biāo)的行為進(jìn)行綜合判斷，確認(rèn)是否存在不戴安全帽等行為并進(jìn)行預(yù)警。通過提取特征進(jìn)行分析，進(jìn)行人頭檢測、安全帽檢測，并通過安全帽與人頭的相對位置、角度，顏色來判斷人員佩戴安全帽情況。

(2)抽煙行為檢測

進(jìn)行動作識別、煙頭檢測、煙霧檢測綜合判斷人員是否存在抽煙或其他違規(guī)行為，動作識別主要分析手臂運動情況，煙頭檢測和煙霧檢測則是為了確定抽煙行為的發(fā)生。

(3)歷史記錄查詢

針對檢測出有不戴安全帽和抽煙等違規(guī)記錄的歷史視頻信息進(jìn)行記錄，并提供查詢展示的界面。

4.5 重點區(qū)域異動監(jiān)測

重點區(qū)域異動監(jiān)測主要是對倉房厫間內(nèi)、藥劑庫等重點監(jiān)控部位進(jìn)行智能監(jiān)控，視頻監(jiān)控攝像機實時的監(jiān)測倉門、藥劑庫門的開啟狀態(tài)，從而確定是否有人員進(jìn)入到庫內(nèi)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有人員進(jìn)入后，監(jiān)控系統(tǒng)會自動與業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的倉儲作業(yè)信息進(jìn)行比對，一旦發(fā)現(xiàn)人員屬于非法進(jìn)入，立即預(yù)警。系統(tǒng)提供實時監(jiān)測和歷史記錄查看的功能。

4.6 安全生產(chǎn)報警

倉內(nèi)作業(yè)人員在發(fā)生緊急情況時，觸發(fā)求救信號，該信號立即發(fā)送至監(jiān)控中心及管理人員，同時倉內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)自動對作業(yè)人員視頻巡查，并在對應(yīng)倉門口產(chǎn)生聲光報警，以便及時組織施救，保障倉內(nèi)作業(yè)人員人身安全。

5 視頻智能分析系統(tǒng)發(fā)展方向

(1)目標(biāo)識別與分類

通過圖像識別、圖像比對及模式匹配等技術(shù)，實現(xiàn)對人、車、物等相關(guān)特征信息的提取與分析。如人臉識別技術(shù)，車牌識別技術(shù)，人物特征識別等[4]。

(2)視頻質(zhì)量分析

主動發(fā)現(xiàn)視頻圖像中的雪花、條紋、模糊、偏色、亮度異常、畫面遮擋、畫面凍結(jié)等常見的現(xiàn)象、并產(chǎn)生報警事件。

(3)行為分析

主要是對實時視頻進(jìn)行分析處理，典型的應(yīng)用有：車輛逆行及相關(guān)交通違章檢測、防區(qū)入侵檢測、圍墻翻越檢測、絆線檢測、物品遺留檢測、客流統(tǒng)計等。

(4)圖像處理分析

主要是后期對圖像進(jìn)行優(yōu)化處理以達(dá)到更好的觀看效果，比如視頻增強(去噪、去霧、銳化、加亮，去模糊，畸變教正)，殘缺圖像處理后達(dá)到看得清的效果。

6 結(jié)束語

視頻智能分析系統(tǒng)通過AI的技術(shù)手段，利用視頻監(jiān)控實時采集并進(jìn)行識別，發(fā)現(xiàn)違規(guī)自動報警，可以及時發(fā)現(xiàn)并制止違規(guī)現(xiàn)象，解決安全隱患。以此同時可以通過自動識別，替代人工抽查，降低監(jiān)管人員工作強度，保障糧庫安全。