随着网络技术和数字视频技术的飞速发展,在监控系统迅速普及化及规模化发展进程中,传统人为监控的局限性越来越突出,体现着未来视频监控数字化、智能化发展趋势的智能视频监控技术越来越受到人们的关注和重视。智能视频监控技术是在不需要人为干预情况下,利用计算机视觉和视频分析方法进行实时自动化分析,实现对动态场景中目标的定位、识别、跟踪和行为识别。
军队作为国家武器、人民的卫士,肩负着极其重要的责任,军队建设关系着国家的安全和稳定、国民经济发展、人民生活安居乐业。由于军队业务数据保密性高,站内机房及设备众多,站幅面积大、管理难度大。
基于物联网理念的智能视频监控系统通过网络互联、计算处理和智能分析,实现对被监控人员状态和态势信息的实时掌握,以达到对关注对象动态掌控、精确管理和科学决策指挥,从而可以用最少的人员便能够实现多种情况下的管理。
一、视频监控智能化
本章按照视频采集、视频编码和智能分析的串行流程进行描述,通过两种途径实现监控智能化,一是提高摄像机内嵌采集芯片、处理芯片的智能化程度,二是提高后台系统的智能分析水平。
(一)全景视频
全景视频是一种全景覆盖、大视野的图像视频呈现方式,有效增加了监视范围,极大增强了用户的视觉感知效果,更加符合人眼观察习惯。全景视频通过两种手段可以获得:
(1)利用视频拼接技术,将普通网络摄像头作为输入,通过视频帧的配准、视频帧的融合以及投影显示三大部分功能,将多个摄像头拍摄的图像合成全景图像,以便监管无死角的整合过程。视频拼接其基本步骤主要包括以下几个方面:摄像机的标定、传感器图像畸变校正、图像的投影变换、匹配点选取、全景图像拼接(融合),以及亮度与颜色的均衡处理等关键技术。
(2)利用鱼眼全景摄像机实现无死角的全景监控。当下主流全景摄像机采用吊装与壁装方式可分别达到360°与180°的监控效果。鱼眼摄像头所取景的图像,经过摄像机内部主芯片的图像处理技术,对球面图像进行修正和图面展开的经过处理,转化为适合人眼的正常平面视图。通常一个监控室使用一台鱼眼摄像机即可。
不过,鱼眼全景摄像机也不是万能的,它作为一个广角摄像机,景深和焦距是很小的,能够看清人脸的范围半径是5米。所以,将鱼眼摄像机和传统摄像机结合在一起使用,既能看到整个场景,又可以通过普通摄像机进行定点监测。
(二)SVAC标准与编码
SVAC(Surveillance Video and Audio Coding)即《安全防范监控数字视音频编解码技术标准》的简称,是第一个旨在解决安全防范监控行业独特要求的技术标准,对确立中国公安和犯罪预防体系来说十分重要。SVAC标准在2011年5月1日正式实施,成为政府合同的首选协议,适用于参与安全防范监控行业的所有提供商。
SVAC标准的八大技术创新包括:
支持高精度视频数据,在高动态范围场景提供更多图像细节,减少编解码环节的图像信息损失。
采用帧内4×4预测与变换、上下文自适应二进制算术编码(CABAC)等技术提高编码效率,在获得更好图像质量的同时也能获得更高的编码效率。
支持感兴趣区域(ROI)变质量编码,在网络带宽存储空间有限的情况下,提供更符合监控需要的高质量视频编码。
支持可伸缩视频编码(SVC),满足不同传输网络带宽和数据存储环境的需求。
支持代数码书激励线性预测(ACELP)和变换音频编码(TAC)切换的双核音频编码,保证对语音和环境(背景)声音均有较好的编码效果。
支持声音识别特征参数编码,避免编码失真对语音识别和声纹识别的影响。
支持监控专用信息(绝对时间、智能分析结果、报警信息),便于视音频内容的有效管理和综合利用。
支持加密和认证,保证监控数据的保密性、真实性和完整性。
SVAC支持加密,通过信源编码保证了军队监控的视频数据安全。SVAC编码支持报警信息的融合,这将视频数据与其他报警数据从感知层方面联动成为可能。其他特点也显示其在安防监控领域的强适应性。
(三)视频智能分析
视频智能分析,英文叫Intelligent Video Analysis(简称IV), 就是使用计算机图像视觉分析技术,通过将场景中背景和目标分离进而分析并追踪在摄像机场景内出现的目标。用户可以根据的视频内容分析功能,通过在不同摄像机的场景中预设不同的报警规则,一旦目标在场景中出现了违[1] 反预定义规则的行为,系统会自动发出报警,监控工作站自动弹出报警信息并发出警示音,用户可以通过点击报警信息,实现报警的场景重组并采取相关措施。
智能视频系统要解决的问题有两个:一个是将监管者从繁杂而枯燥的“盯屏幕”任务中解脱出来,由机器来完成这部分工作,另一个是在海量视频数据中快速搜索到想要找的图像。监管者盯着屏幕电视墙超过10分钟后将漏掉90%的视频信息而使这项工作失去意义。智能视频监控主要优势在于(1)快速的反应时间:毫秒级的报警触发反应时间;(2)更有效的监视:保安人员只需要注意相关信息;(3)强大的数据检索和分析功能:能提供快速的反应时间和调查时间。智能视频系统将监控从以往的“被动监控”变为“主动监控”。在监所应用中,将有效控制监控范围内的警戒线、人员异动、区域看防、剧烈运动、值岗等所有动静。
智能分析包括以下几种类型:
(1)诊断类智能分析。诊断类智能分析主要是针对视频图像出现的雪花、滚屏、模糊、偏色、增益失衡、云台失控、画面冻结等常见的摄像头故障、视频信号干扰、视频质量下降进行准确分析、判断和报警。
(2)识别类智能分析。该项技术偏向于对静态场景的分析处理,通过图像识别、图像比对及模式匹配等核心技术,实现对人、车、物等相关特征信息的提取与分析。在监所实际应用中,识别类智能分析主要包括:①入侵检测是智能视频分析案例中应用最广泛的功能,它通过设置虚拟警戒线或虚拟区域,自动检测区域内进入、离开、出现、消失的可疑对象并及时报警;②遗弃物检测,通过设置特定区域,当区域中出现遗弃物时,及时检测到目标物体并及时发出报警;③特殊物品的异常移动等。
(3)行为类智能分析。该项技术侧重于对动态场景的分析处理。典型的功能有:防区入侵检测、围墙翻越检测、绊线穿越检测、物品偷盗检测等。
二、视频与其他感知手段融合
(一) 与生物特征融合
多模态生物特征融合识别技术,主要研究利用单一生物特征或者综合利用多种生物特征结合视频、图像对人的身份进行验证和查询的技术,包括动态人脸图像识别技术、指纹识别技术、多模态生物特征融合技术、多种生物特征综合应用技术等。其中,动态人脸识别预警技术综合利用人脸识别技术和视频监控技术,在非配合的情况下对犯罪嫌疑人和重点人员进行身份识别和管控,主要包括动态人脸图像采集技术、人脸检测和跟踪技术、人脸图像质量评估技术、人脸特征提取和比对技术、低质量人脸图像增强技术、移动人脸图像验证技术、大规模监控人脸识别应用技术等。
(二) 与无线技术结合
在已安装的摄像机上面安装Zigbee、蓝牙、UWB(Ultra Wideband,超宽带)、RFID(Radio Frequency ldentification,无线射频识别)等定位基准模块或基站,实现视频与通信/定位/报警信息通过SVAC统一编码嵌入,通信/定位/报警信息与视频信息融合传输成为可能。
被监管人员可佩带电子腕带等设备,对其实时定位。
监管者可佩带安全警戒终端,对监控人员的执勤状态进行实时监控,当发生跌倒、扭打、晕倒或其他紧急情况时,安全终端通过基站将信息传至后台。
定位信息与视频信息的融合也分为多种类型:(1)通过DVR等设备的视频输入和开关量/RS485等输入实现设备级联动;(2)通过视频平台与定位报警信息实现系统级联动;(3)通过SVAC方式将视频信息与报警信息进行统一编码,实现感知级联动。
三、与其他监控系统信息共享
物联网的理念是将各种智能终端进行实时接入,并通过多种方式实现信息共享,打破烟囱系统之间的信息孤岛。
监所综合监控平台,对部队内部值班室、侯问室、询问室、枪库、服务窗口、出入通道和周界等重点部位的监控资源进行整合,最终实现整个监控报警系统的互联互通,实现信息共享。
四、结束语
随着“国家应急体系”、“科技强军”等重大工程项目在全国的不断推进,军事设施领域对安全防范和现场记录报警系统的需求与日俱增,要求越来越高,国内视频监控市场前景良好。智能视频相关产品的应用随着视频监控市场规模的不断壮大也将从相对集中的区域向各行业大幅度的伸展。将智能视频分析与检测技术与安防监控行业有机结合,构建可靠实用的智能分析应用,安防监控的智能应用发展步伐将更快速。