網絡視頻監控技術智能應用

曾華桂

（廣州肯東網絡科技有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

這些年來，隨著整個社會經濟的快速增長、人類經濟社會的迅速進步以及中華民族整體綜合政治力量的日益增強，在銀行、供電、交通運輸等領域對保安防范和現場記錄報警管理系統的要求也逐漸增加，對安檢設備和軍用設備越來越多，需求也愈來愈高。網絡視頻監控系統已經應用到了經濟社會生產與生活中的各方面。盡管監控系統已經在銀行、市場、火車站和交通道口等公共場合中被廣泛應用，但現實的監視目標任務仍必須進行很多的人工處理，而現在的錄像監控管理系統往往只記錄視訊圖象，給出的消息不是解讀的視訊圖象，只可以用于事后取證圖像工作，卻忽視了監測的即時性和主動。然而即時解析、追蹤、鑒別監測對象，適時報道特殊事項，對于協助安全部門以及有關部門正確行動、及時決策等方面的應用，視頻監控的“智能化”的作用就更被人們所重視和采用了[1]。圖1 為網絡視頻監控的廣泛應用領域。

圖1 網絡視頻監控廣泛應用領域

1 智能視頻監控技術概述

智能視頻自動跟蹤監控科技（IVS） 的起源，由美國BELLSENT 公司，來自于公司所發明的VTD 專利科技技術，它主要作用是運用新型人工智能中的模式判斷的原理。在事件處理過程中，智能視頻監測技術在監控系統中其通過接受圖像信號，進而通過比較和比對，并對其中的狀況進行分析，就能夠發現場景的差異所在。重要性不言而喻，通過分類和鑒別收集到的視頻圖片應該屬于什么類別，存在哪些情況，從而可以更有效地進行回應，促發安全警報[2]。

1.1 智能視頻監控系統結構組成

現階段智能視頻監控技術系統的結構主要存在著以下兩種形式：①分布式智能視頻監視系統——其內攝像機控制系統在人為的設置下，能夠選擇性專門監視某一特殊的情景以及觀看全景。②主動智能監視系統——其主要特征為利用中心站把無線視頻通信網絡將攝像頭實現了相連，并以此完成對圖片和錄像內容的統一管理。圖2 為網絡視頻監測網絡系統的總體結構。

圖2 網絡視頻監控系統總體結構

1.2 智能視頻監控技術發展歷程

近數十年來，視頻監控技術也得到了很大進展。由原來的主要由攝像機和監視器所構成的閉路監視體系，到了后來基于網絡帶寬和計算機技術處理能力的完全數字視頻監控體系（或數字網絡視頻監控系統），主要可以分為三個階段：①視頻數字化。②數字視頻監測網絡化。③監控智能。從剛開始的閉路系統發展到了今天的智能控制系統，而視頻監控技術的發展進程之快顯而易見，更說明了其發展趨勢必然是良性的[3]。

2 智能視頻的優勢

智能視頻監控系統是在普通互聯網視頻監控的基礎上發展出來的。除網絡視頻監測的已知優點之外，智能視頻監測系統還能夠給使用者提供更大的便利。

（1）24 小時可靠監測。徹底改變了以往由安保人員監控分析監視圖像的傳統模式，采用了智能視頻模塊持續解析監視圖像，并嵌入前端裝置（網絡攝像頭或視頻服務器）。

（2）顯著提高了報警精度。前端設備（網絡攝像頭和視頻服務器）均集成了超強的影像處理功能，并運行著世界領先的智能算法，這樣一來，用戶就可以比較準確地定義安全威脅的特征，進而有效地減少了誤報與漏報，從而減少了對無用數據的使用量。

（3）顯著提高的反映速率。盡快確定可疑活動（包括，如果人們在公共場合留下可疑物體或在敏感地區逗留持續時間過長），并提醒保安經理留心有關的監控圖像，在重大安全或威脅事故發生之前，一定要及時做好準備。它還可以使用戶更為準確地定義當一個安全威脅發生時必須做出的行動，監控系統本身可以使風險控制流程能夠充分按照自己的計劃實施，有效避免人為因素導致的混亂延誤。

（4）增加視頻資源的應用。將視頻資源應用到人員所不能檢測的位置，例如給商場大堂的監控系統加裝VIP 自動識別系統，當客人到達時做好接待；如果有人在人群中意外摔倒，可以向工作人員尋求幫助。此外，智能視頻系統還可以幫助店主統計貨物的銷量以及庫存情況等，從而對店鋪存在的問題進行分析。

3 智能視頻監控還存在的不足

在實際環境中，光照變化會增加目標運動造成遮擋，復雜性，其次，目標與背景的參數顏色等趨于接近，背景畫質模糊等問題仍然難以解決，目標捕獲和跟蹤算法的設計也還存在缺陷。難點問題主要表現在以下4 個方面。

（1）背景復雜度：光照變化會影響目標顏色空間和背景顏色，可能導致錯誤的檢測和跟蹤。因此，雖然我們可以使用不同的色彩空間來減少光照變化給算法帶來的差異，但是卻無法徹底減少；場景中前景目標和背景顏色的相互變化，行李的落取，以及汽車的開啟與停車；如果背景色彩和目標語言相同，則將會影響目標辨識與追蹤的有效性。而目標陰影語言和背景色彩的不同往往被看作是前景，這就使得運動目標的分割和特征提取變得相對困難。

（2）目標特征選擇：序列圖像包含大量可用于目標跟蹤的特征信息，如邊緣和紋理、、顏色、目標運動。然而，目標的特征信息大多時候來講，都會發生變化，因此很難選擇合適的目標特點來確保追查的可信度。

（3）遮蔽問題：遮擋是在運動目標跟蹤中需要解決的一個問題。因為，如果運動目標被部分或者完全地遮蔽，又或者如果將多個目標進行了遮蔽，那么運動目標部分或完全不可見，這樣造成了運動目標信息損失，并影響了跟蹤的穩定性。要降低因為嚴重遮蔽問題所產生的歧義，就需要正確處理特征和目標之間的對應關系了。在目前大多數系統，人們通常使用無法很好地解決嚴重遮蔽問題的統計程序，來估計目標的位置和長度。

（4）考慮到高度實時性和魯棒性：序列圖像中產生了大量數據消息。為了滿足目標跟蹤系統的高度實時性需求，我們需要考慮一種較少計算數量的算法。魯棒性問題也是目標跟蹤的另一個主要成就。為了改善算法所實現的魯棒性，計算完成者必須對隨著復雜性改變的背景、光照變化以及遮擋條件有重要的適應功能，這往往是因犧牲了重復性操作而付出代價的。

4 智能視頻監控的應用

4.1 火災預警方面的應用

目前，大多數化工企業和印刷店仍然采用那種老舊的視頻監控攝像機，其缺乏信息處理能力，不能人性化和智能化的進行處理。廣東一家工廠的涂裝車間將原先普通的監控系統升級為了智能視頻監控系統。它通過紅外傳感器作為反饋信號監控整個車間。可以直接表達現場情況，如果發生火災，監控圖像上會產生一些高于正常溫度的曲線，縮短事故的認知時間，并迅速向監控中心發出警報，從而極大地控制了火災事故造成的災難。火災報警裝置可以更快地反映現場情況，通過智能監控系統，從而產生警示信息。和一般攝像機監測系統比較，有著更高的技術優勢和實用價值[4]。

4.2 在軌道交通視頻監控中的應用

在廣州市地鐵2 號線一期工程建設中，視頻圖像監測網絡系統由專門視頻圖像監測網絡系統和公共安全視頻圖像監測網絡系統構成。經過聯網，公安部門可以檢索特殊電視監控系統攝像頭收集的圖象，包含實時圖像和保存的圖片。專用監測管理系統通過在站點配備公共安全監測端口，完成公共安全電視監測管理系統的共享使用，如圖3 所示。

圖3 組網結構

4.2.1 使用光纖收發器

前端攝像機配置以太網接口，通過無屏蔽雙絞線與附近的光纖收發模塊連接。光纖模塊、光纜終端盒和電源適配器應安裝在與現場攝像機相同的控制箱內。機房側的光纖模塊采用機架式安裝，機房側的以太網交換機采用雙絞線連接。光纖模塊和攝像機按1:1 的比例配置，支撐光纖通過點對點的方式連接到機房側設備。該方案的優點包括光纖傳輸的長距離選擇。如果傳輸鏈路和電力線出現故障，該命令將影響單個高結構清晰度攝像機。缺點是天花板上安裝了很多設施，使用的電纜很多，維護困難。如果后續增加監測點，則需要從機房到前端攝像頭敷設線纜，實現難度較大。

4.2.2 網絡采用無源光

前端攝像機配置以太網接口，通過無屏蔽雙絞線與附近的ONU（optical network unit）連接。現場ONU、電源適配器和光纜終端盒與部分攝像機安裝在同一個升降控制箱內。有些壁掛式控制箱是根據工位的功能設置的。箱內裝有上二級分束器、光纖分配單元和電源適配器，與機房內的主分束器連接。主分束器通過光跳線連接到光線路終端（OLT）。ONU 和攝像頭按1 個數配置：n，3≤n≤7。ONU 與OLT、ONU 與攝像機線纜點對點連接。該方案比以太網光模塊方案使用的電纜少，但也存在單點故障的風險。如果ONU 和OLT 故障，對應的攝像頭會丟失數據信息。

4.2.3 使用以太網的交換機方案

方案包括以下兩種：①前端攝像機配置以太網接口，通過無屏蔽雙絞線與最近的交換機連接。掛控箱內安裝交換機、電源集中轉換器、光纜彩色接線盒等設施，通過點對點或環網與機房交換機連接。交換機與攝像機按1:n≤23 的比例配置，對應的光纖以點對點的方式連接。采用本方案時，應在結構墻及站房出入口預留適當的槽位，以方便控制箱的安裝。該方案可以簡化安裝調試，方便后續添加攝像機終端，提高系統的穩定性。但如果切換失敗，會導致相關攝像頭數據信息丟失。②前端攝像機配有以太網SFP 光接口。4 芯光纜已連接到附近懸掛的控制盒上。箱內裝有光纜布線單元和集中電源轉換器。每個控制箱采用點對點的方式從機房一側的設備引入光纜。光纜布線與攝像機的單位容量按1:2 的比例設置，并提前預留20%的資源。本方案需提前預留控制盒安裝槽位。由于本方案不需要在控制盒中安裝開關，因此cocoa 設計采用了較小的控制盒，適應性較高。本方案中，所有攝像頭均通過點對點方式直接連接到機房側的開關上，減少了外部光電轉換設備的使用，簡化了系統結構，減少了線纜數量。本方案只將四芯光纜的終端盒安裝在車站的天花板上，減少了后續的維護工作。交換機的主控單元、開關和電源單元的冗余配置，在很大程度上提高了系統穩定性，減少了單點故障的發生。

4.2.4 使用以太網的光收發器

前端攝像機配置以太網接口，通過無屏蔽雙絞線連接到附近的以太網光模塊。項目二期五個站點的公安側和私網側采用核心交換機實現公安與私網前端監控、解碼器、視頻服務器等互聯。站芯采用2 個萬兆光纖接口接入傳輸網，完成與公交站、控制中心、分局、公安站的合作，公安站交換機與操作站交換機之間采用防火墻設備，兩個千兆電端口匯聚組網，實現公安與運營之間的數據交換。

4.3 銀行業安防中的應用

智能視頻監控系統技術在商業銀行安全中多被用于ATM 和銀行大廳的保安管理系統上。而ATM 機作為商業銀行不可或缺的設備，一般安裝有視頻監控系統。而配有視頻監控系統的現代取款設備，可以偵測并辨認人臉。一旦人的身份或動作變化明顯，信息系統就會發出警告并進行安全處理。同時智能視頻圖像監測管理系統還可以監測人流。而在此基礎上，人們還能夠通過比較錄像中的人，從而做出更有效的處置[5]。圖4 為銀行安全監控系統。

圖4 銀行安全監控系統

5 智能視頻監控的發展趨勢

就目前來看，中國智能視頻應用市場正由概念驗證階段逐步過渡為規模化使用階段，智能視頻開始漸漸過渡形成一個行業體系。從實際使用角度考慮，目前的智能視頻監控技術依然是高質量的應用，主要用于特定場景。但是，隨著市場發展和技術手段的越來越完善，智能視頻監控也將應用到日常生活的各個領域，甚至是千家萬戶。

6 結語

總體而言，近年來視頻監控技術在國內進展得很快，而智能化也是目前視頻監控科技發展的主要趨勢。但在現階段，智能視頻監測系統還是面臨著若干問題，比如它所展現的圖像品質，以及怎樣對視頻中的異常現象進行更智能地評估與分類等問題。

但是，隨著計算機操作水平的不斷提高，智能視頻分析技術也將會得到不斷發展。因此智能視頻監控系統將越來越完善，其應用平臺將不斷擴大。在不久的將來，智能視頻監控系統將在我們的生活舞臺不斷閃耀。