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视频监控与智能视频监控

  随着人们安全防范意识的增强,视频监控得到了广泛的普及,目前越来越多的摄像机被安置在诸如机场、交通路口、商店、停车场和商业大楼等这样的公共场所,用来对场景中的人和车辆等活动目标进行实时的观察,摄像机数目的不断增加创造了巨大的商业机会,也给计算机视觉在公共安全领域中应用提供了广阔的前景。现在,视频监控系统已是安全防范系统的组成部分,视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。

  近年来,随着计算机处理能力和存储容量的迅速提高,图像处理、网络传输技术的飞速发展,视频监控技术也有长足的发展。特别随着各种视频信息处理技术的出现,视频监控逐步向全程数字化、网络化和智能化的方向发展,具有高度的开放性、集成性和灵活性。

视频监控
  视频监控投入实际应用已经数十年,视频监控系统也随之经历了三个时代。第一代:模拟时代。在 20 世纪 90 年代初以前,是以 VCR(Video Cassette Recorders)为代表的传统 CCTV 监控系统,系统主要由模拟摄像机、专用电缆、视频切换矩阵、模拟监视器、模拟录像设备和盒式录像带等构成。其缺点是无法进行远程访问、无法与其他安防系统(如门禁、周界防护等)有效集成。第二代:半数字时代。在上世纪 90 年代中期,以 DVR(Digital Video Recorder)为代表,得益于数字视频压缩编码技术的发展。DVR 使用户可以将模拟的视频信号数字化,并存储在电脑硬盘而不是盒式录像带上。数字化的存储大大提高了用户对录像信息的处理能力,用户可以通过 DVR 来控制摄像机的启闭,从而实现移动侦测功能。此外对于报警事件以及事前/事后报警信息的搜索也变得异常简单。进入二十一世纪后,随着网络技术的发展,DVR 系统又进一步发展成为具有网络功能的 NVR(Network DVR)系统。与 DVR 系统相比,NVR 系统不但实现了视频信息的数字化存储,还实现了视频档案信息的数字化传播,即 NVR 可以直接接入到 IP 网络中,从而使存储下来的视频信息可以通过网络方便的进行共享。第三代:全数字时代,即网络化频监视系统,又称为 IP监视系统,它最早出现于 2001 年。网络化视频监视系统从一开始就是针对在网络环境下使用而设计的,因此它克服了 DVR/NVR 无法通过网络获取视频信息的缺点,用户可以通过网络中的任何一台电脑来观看、录制和管理实时的视频信息。第三代视频监控系统是完全数字化的系统,它基于标准的 TCP/IP协议,能够通过局域网/无线网/互联网传输,布控区域大大超过了前两代系统;它采用开放式架构,可与门禁、报警、巡更、语音、MIS 等系统无缝集成;它基于嵌入式技术,性能稳定,无需专人管理;它的灵活性大大提高,监控场景可以实现任意组合,任意调用。

  数字化视频监控的优点是克服了模拟闭路电视监控的局限性:(1)数字化视频可以在计算机网络(局域网或广域网)上传输图像数据,基本上不受距离限制,信号不易受干扰,可大幅度提高图像品质和稳定性;(2)数字视频可利用计算机网络联网,网络带宽可复用,无须重复布线;(3)数字化存储成为可能,经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在光盘中,查询十分简便快捷。

 

智能视频监控
  视频监控系统与设备虽然在功能和性能上得到了极大的提高,但是仍然受到了一些固有因素的限制,从而导致整个系统在安全性和实用性的降低。具体如下:
(1) 人类自身的弱点 在很多情况下,人类并非是一个可以完全信赖的观察者,无论是观看实时的视频流还是观看录像回放,由于自身生理上的弱点,我们经常无法察觉安全威胁,从而导致漏报(False Negatives)现象的发生。
(2) 监控时间 除了一些规模较小的监控应用之外,很少有视频监控系统会按照 1:1 的比例为监控摄像机配置监视器。这意味着对于那些机场、港湾等大型的视频监控系统来讲,各个监控点并非每时每刻都处于监控当中。
(3) 误报和漏报 误报(False-Positive)和漏报(False-Negative)是目前视频监视系统中最常见的两大问题。漏报是指在监控点发生安全威胁时,但该威胁没有被监控系统或安全人员发现。误报是指位于监控点的安全活动被误认为是安全威胁,从而产生错误的报警。
(4) 数据分析困难 报警发生后对录像数据进行分析通常是安全人员必须要做的工作之一,而误报和漏报现象则进一步加剧了对数据分析的需求。安全人员经常被要求找出与报警事件相关的录像资料,找到肇事者、确定事故责任或评估该事件的安全威胁。由于传统视频监控系统缺乏智能因素,录像数据无法被有效的分类存储,最多只能打上时间标签,因此数据分析工作变得及其耗时,并且很难获得全部的相关信息,而经常发生的误报现象使无用数据进一步增加,从而给数据分析工作带来更大的难度。
(5) 响应时间长 由于安全威胁的响应速度关系到一个安全系统的整体性能。传统的视频监控系统通常都由安全工作人员对安全威胁做出响应和处理,这对于处理实时响应要求较低的安全威胁来说可能足够。但是很多情况下,在威胁发生时,需要安全系统的多个功能部分,甚至多个安全相关的部门在最短的时间内协调配合,共同处理危机。这时候,监控系统的响应速度将直接关系到用户的人身或财产的损失情况。

  为了解决上述导致视频监控效率低下的问题,人们尝试把计算机视觉中的相关技术引入到视频监控中,从而发展起来的新型视频监控技术——智能视频监控,智能视频监控也称自动视频监控,它作为视频监控前端的一个功能模块,在视频监控中起着核心的作用,可以有效提高视频监控的效率。同时它也是网络化视频监控领域最前沿的应用模式之一。智能视频(IV,Intelligent Video)是将计算机视觉(CV,Computer Vision)方法引入到视频监控中。这一技术包括由视频图像序列自动地进行运动目标的检测、目标跟踪、目标分类和行为理解等方面的内容,目的是在图像及像描述之间建立映射关系,从而使计算机能够分析来理解视频画面中的内容。视频监控中所提到的智能视频技术主要指的是:“自动的分析和抽取视频源中的关键信息。”如果把摄像机看作人的眼睛,而智能视频系统或设备则可以看作人的大脑。智能视频技术借助计算机强大的数据处理功能,对视频画面中的海量数据进行高速分析,过滤掉监控者不关心的信息,仅仅为监控者提供有用的关键信息。它涉及到计算机视觉、模式识别和人工智能领域的许多核心课题,是一个具有挑战性的困难问题。
智能视频监控以数字化、网络化视频监控为基础,但又有别于一般的网络化视频监控,它是一种更高端的视频监控应用。智能视频监控系统能够识别不同的物体,发现监控画面中的异常情况,并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息,从而能够更加有效的协助安全人员处理危机,并最大限度的降低误报和漏报现象。智能视频监控还可以应用在交通管理、客户行为分析、客户服务等多种非安全相关的场景,以提高用户的投资回报。

  智能视频监控以普通的网络视频监控为基础,除了具备广为人知的网络视频监控的优势外,智能视频监控系统还能为用户带来更大收益,具体如下:
(1) 24×7 全天候可靠监控:彻底改变以往完全由安全工作人员对监控画面进行监视和分析的模式,它通过嵌入在前端设备(网络摄像机或视频服务器)中的智能视频模块对所监控的画面进行不间断分析。并采用智能算法与用户定义的安全模型进行对比,一旦发现安全威胁立刻向监控中心报警。
(2) 大大提高报警精确度:前端设备(网络摄像机和视频服务器)集成强大的图像处理能力,并运行高级智能算法,使用户可以更加精确的定义安全威胁的特征,有效降低误报和漏报现象,减少无用数据量。例如:用户可以定义一道虚拟警戒线,并规定只有跨越该警戒线(进入或走出)才产生报警,从警戒线旁边经过则不产生报警。用户定义只有穿越房门的活动才产生报警,而经过房门的活动不产生报警。
(3) 大大提高响应速度:识别可疑活动(例如有人在公共场所遗留了可疑物体,或者有人在敏感区域停留的时间过长),在安全威胁发生之前就能够提示安全人员关注相关监控画面以提前做好准备,还可以使用户更加确切的定义在特定的安全威胁出现时应当采取的动作,并由监控系统本身来确保危机处理步骤能够按照预定的计划精确执行,有效防止在混乱中由于人为因素而造成的延。
(4) 有效扩展视频资源的用途:将视频资源应用到非安全领域,如利用商场大堂的监视系统自动识别 VIP 用户的特征,并通知客服人员及时做好服务工作;当发现人群中有人不慎跌倒时,系统及时地通知附近的商场工作人员提供帮助。此外,智能视频系统还可以帮助零售店的老板统计当天光顾的客户数量,用以分析销售情况等等。

  智能化、数字化、网络化是视频监控发展的必然趋势,智能视频监控的出现正是这一趋势的直接体现。智能视频监控技术比普通的网络视频监控技术具备更加强大的图像处理能力和智能因素,因此可以为用户提供更多高级的视频分析功能,它可以极大的提高视频监控系统的性能,并使视频资源能够发挥更大的作用。目前智能视频监控已经成为计算机视觉中比较活跃的研究领域。特别是近年来随着集成电路和计算机技术的迅猛发展,视频监视系统所要求的硬件设备成本大大降低,再加上安全领域的迫切的需求,因此它获得了日益广泛的研究与应用。许多关于视频监控的大规模研究项目已经在美国、欧洲和日本展开,同时它也成为许多国际学术会议关注的重要主题。