面向多摄像机的智能视频分析

2012-01-06 19:04:11来源: 中安网 《中国公共安全》
  如今,安防设施已经渗透到社会生活的方方面面,守护人们生活的同时,其科学性、易用性的需求日益提高。监控系统及时报警、视频信息快速处理是监控设备使用者非常关心的问题,智能视频分析功能应运而生。
 


 

  当前智能视频分析应用现状是怎样的?如何使有多个摄像机的系统的智能视频分析更为有效?如何解决误报、漏报问题?系统的覆盖面如何?如何扩容?本期行家视点邀请北京文安科技发展有限公司市场部经理周立、上海卓扬科技有限公司智能产品经理马康炜、广州睿捷网络科技有限公司产品工程师吕华有、深圳市贝尔信科技有限公司销售经理周翔共同探讨。
 


 

  智能视频分析应用现状

  当前,智能视频分析技术越来越受到安防界的重视,不少项目已经开始应用智能视频分析功能。智能视频分析主要涉及哪些领域?有哪些设备呢?

  周立:目前市场上存在的设备种类多样,主要分为嵌入式视频分析产品与纯软件视频分析产品两大类。嵌入式视频分析产品的主要表现形式有智能摄像机、智能DVR等,其一般应用在监控系统的前端,分布式的处理方式具有占用带宽小,不受传输影响的优点,缺陷是往往只能针对特定的一路或者几路进行分析,对视频分析技术的算法与前端设备性能有较大的依赖。这一类的产品主要应用在一些重点的行业,例如军队、金融、教育、小区等,企业在销售模式上主要以产品形式为主导。纯软件视频分析产品主要运行于普通PC或服务器上,形成智能视频分析服务器,相比嵌入式,这种方式能处理更多路数的视频和实现更为强大的功能,却也不可避免的存在占用带宽大的缺点,对服务器性能要求较高。这一类的产品应用相对广泛,平安城市是其应用的重要体现,企业在销售模式上主要以分析模块与解决方案为主导。

  吕华有: 当前智能视频分析可以分为模式识别和行为分析技术。模式识别技术包含:人脸检测、人脸比对、车牌识别、烟火识别检测等;行为分析包含:越线、进入、离开、丢失、遗留物、人群聚集、滑倒等。智能分析最核心的是视频算法,目前算法的体现形式包括了集成到硬件和纯软件方式提供,效果基本相同。设备类型主要包含嵌入式的智能分析和纯软件智能分析。睿捷RVS平台对两类视频分析系统都可进行支持。两类智能分析优缺点如表1。

  周翔:当前智能视频分析技术主要包括:行为分析、视频识别技术、生物识别领域的视频分析应用、机器视觉方面应用。目前,这几种技术都比较常用,尤其是行为分析和生物识别技术已经得到了广泛的应用。

  马康炜:按照算法层面的差异性,智能视频分析相关技术可分为周界防范、行为识别、面部识别、车牌识别、技术统计、密度分析、画质分析等等。相关设备主要以三种形态为主,第一种,也是最常用的嵌入式前端分析设备;第二种,PC式后端分析设备;第三种,以灵动处理器为核心开发的PC式前端分析设备。目前,最为稳定也是最常用的是第一种,即嵌入式前端分析设备,其特点是布点灵活、稳定,易于管理和维护。上海卓扬智能视频分析相关案例主要包括教育行业、金融、监所、文博等,并以行业细分出很多具体的与智能相关的功能。除了周界以外还包括粘贴、尾随、非正常人脸、剧烈动作、虚拟墙、偷盗检测等。

  智能视频分析系统的组网与管理

  目前有智能视频分析功能的视频监控系统的组网结构如何?当系统中有多个摄像机时,如何才能对众多视频信息进行科学的管理?如何能对前端摄像机回传的视频分析结果进行科学管理?

  周立: 智能视频分析本身适用于多级联网的集中监控管理结构,也能够适应模拟视频或者数字视频输入,可以同视频监控管理平台无缝对接,返回数据或者报警信息,使视频监控系统得到更为有效的使用。在具体的组网结构方面,根据所采用的设备种类不同,组网结构可进行灵活调整。

  吕华有: 目前智能分析架构分为模拟系统和网络系统。模拟系统是模拟设备的模拟信号连入智能分析编码器,然后再把信号传输到后端。数字系统则通过NVR把视频流推送给智能分析软件,智能分析软件再返回结果给NVR。面对海量的视频,用户关注的并不是视频本身,而是从视频中提取出来的有效信息。采用视频智能分析,设定不同的规则生成各种报警数据,用于实时的报警预案,同时对报警数据进行统计,生成报表,如连锁店对不同区域按不同时间段的客流量进行统计分析等,由视频分析转化为为客户创造价值。

  周翔: 我们的智能视频服务器可以在视频监控系统的前端、后端进行工作,可以根据现场的布局需要进行灵活的组网,可以在前端与摄像机联动,也可以在后端与监视器相连,而带有视频分析功能的一体化枪机、球机等设备,只需要按照传统视频监控系统进行组网,就可以实现智能视频分析的功能。个人认为,未来的视频监控系统中,智能视频分析将慢慢的融入到前端摄像机或者以软件的形式嵌入到监控端,不再独立的出现在监控系统中。

  组建智能视频分析监控系统,组网方式灵活,可以采用传统模拟方式组网,亦可以采用数字IP的方式组网,或者数模结合的方式组网,灵活的组网方式便于已有系统的升级改造、全新系统的建设、以及各种品牌厂家产品的兼容,为智能视频分析监控系统的建设带来便利。智能视频分析监控系统基于网络平台管理,系统建设时需要构建相应的网络通讯环境。系统联动的方式亦可以多种多样,智能监控系统和其他子系统之间的联动可以采用开关量信号联动或基于软件二次开发的系统之间软件联动。

  目前摄像机的应用普遍,数量也不断的增加,需要对传统的管理业态进行改变;1、需要对摄像机作智能化分析功能的升级,实现视频信息的科学、智能化管理;2、面对海量的视频信息,安防行业对视频信息的存储和管理提出新的要求,海量的存储以及管理,会带来巨大的运作压力;3、需要大型的智能综合性管理平台,结合智能视频分析技术,实现监控、存储有用的视频信息,或者有用的视频分析的结果,降低运营压力,实现便捷高效。

  马康炜: 面向多摄像机智能分析对监控系统的组网方式,前端分析和后端分析要求不同。后端分析需要有良好的网络带宽,因为它需要视频传输到后端才可以进行分析,目前的组网结构都是以前端分析为主的,因为这种方式最稳定、系统最为安全。假想,一个系统,用的是PC式后端分析。先不谈解码同时分析CPU耗用的问题,如果系统由于任何问题出现溢出或者崩溃时,结果是整个系统丧失整个安全防范的能力,这种现象是非常危险的。但是随着整个行业的推动和发展,后端分析是发展的必然趋势,最终的组网结构将形成前端、后端并存的方式,由最终系统为主导,灵活运用组网。

  当系统中有多个摄像机时,系统要完成的不仅仅是整体的管理和控制,还要把所有摄像机采集到的信息,通过智能分析后进行融会贯通,把信息进行有序的串联,从而形成“物联网”的雏形。

  如何解决漏报、误报问题

  当前的智能视频分析能达到什么效果?漏报、误报率如何?未来应当如何改进才能减少漏报、误报率?

  周立: 以检测准确性作为评价标准的智能视频分析产品,一般通过考察其在不同环境下的检测率和误报率来评价其性能。理想系统的检测率和有效率都应是100%,但实际系统只能接近这些指标而不是完全达到。只有通过调整系统的灵敏度参数,改变检测率与有效率之间的关系,在有效率合乎使用要求的情况下,性能优良的系统才能达到最高检测率。当灵敏度调很高时,检测率提高但误报增多,有效率会下降。反之,误报率减少,有效率提高但检测率会降低。

  吕华有: 智能分析能达到简单的行为分析。提高漏报与误报的形式必须通过整体的方式去设计,比如摄像机摆放的位置,镜头的选择,室内的光线,过滤器及灵敏度,规则的合理设置等。通过整体的考虑可以降低误报率。

  周翔: 当前市场上的智能视频分析产品的效果是参差不齐的,有的打着智能的旗号实际上实现不了智能的效果。贝尔信承诺高于99%的准确率,低于1%误报率。未来我们将在这一块,完善我们的算法,同时加强在复杂及恶劣环境下的测试,不断提高产品的性能,将漏报、误报减少到最低程度。

  马康炜: 当前随着智能分析的不断发展,算法越来越复杂,随之而来的就是由于场景和算法的复杂度不断的提升带来的误报漏报问题。目前智能视频分析如果可以达到95%以上的准确度,就可算是具备着优良识别能力的算法。如果想解决误报漏报的问题,需要智能厂家的不断努力,提高算法的效率或形成相关智能策略。

  智能视频分析系统的升级与扩容

  当前智能视频分析有哪些提升空间?智能视频分析,使多摄像机之间达到良好的联动、配合,需要哪些设备的帮助?实现全系统智能视频分析后,若需进行设备扩容,有哪些困难?

  吕华有: 智能分析软件如报警设备一样,为系统提供一个报警信号源,然后通过NVR系统进行联动。智能分析联动与其他系统的设备联动相同,不需要增加联动设备。对于存储系统,需关注的是如何将报警数据高效地与海量 的 视 频 存 储 文 件 关 联 起 来 ,索 引 的在线创建和事后创建将是解决之道。智 能 分 析 软 件 目前 属 于 新 兴 产 品,与平台在一体性的整合上还有所欠缺,用 户 体 验 稍 差,需 要 设 置 的 参 数 较多。通过项目的磨合,智能分析软件能给用户提供更好的用户体验。

  对于嵌入式的前端智能分析,把分析算法集成于前端,进行设备的扩容只需增加相应的设备。中心管理服务器进行集中管理,对运算处理能力要求不大;而对于纯软件的智能分析,基于X86架构,服务器的承载有限,当增加一定设备后,如不超过服务器的承载能力,则只需要增加软件的授权即可,不影响系统的部署,如越过服务器的承载能力则需增加部署相关的服务器。

  在分析功能上的升级或更换方面,对于前端智能分析需要把硬件更换掉,较为不便,而纯软件的智能分析只需对软件进行升级或更改,较为活。对于设备的扩容,若升级为不同品牌型号的智能分析产品,难题在于CMS平台的兼容性。

  周翔:要组建智能视频分析系统,实现多摄像机之间的联动、配合,需要对摄像机进行智能化的升级,为每一台摄像机安装智能视频分析单元 ,把 普 通 摄 像 机 变 为 带 智 能 功 能 的摄像机。系统管理平台应对监控系统的智能化升级,需要同步升级为智能化视频监控管理平台。区别于传统的监控管理平台,智能化视频监控管理平台会给用户带来智能化、简便、快捷、轻松的系统管理操作体验。

  视频监控系统是一个不断扩展、不断进化的系统,因此管理的软件能够实现与不同系统的兼容,并在原有的基础上进行相应的升级和扩展。

  系统的综合管理平台(智能视频分析管理平台或监控系统管理平台)是可扩容的,但对相关配套有一些要求。一方面,系统终端数量的增加,需要更多的系统资源;另外,智能视频分析技术依托于网络平台管理以及传输,需要更多的网络资源以及带宽。

  马康炜: 智能视频分析就好比大脑通过视觉传感采集后思考一样,如果想让整个系统发挥最大性能,需要的主要设备有三类:第一类,带有云计算的网络环境;第二类,智能传感器。第三类,智能视频分析管理软件。后端存储系统的智能分析需求分为两个方向,通过智能分析节约存储空间以及通过智能分析提高录像查询的检索效率。

  智能视频分析管理软件需要提升的地方有很多,大的方向就是:行业化、易用化(简化操作流程)、工程化。实现了全系统智能分析后,如果用户需要对前端与后端智能相结合的智能系统进行设备扩充并无困难,对视频设备也无特殊需求,只要可以被系统平台解码视频、统一调度和管理即可。

  智能视频分析不同行业的应用特点

  智能视频不同行业有哪些不同的需求特点?高清监控的智能视频分析与非高清智能视频分析技术上有何差异?对设备有何要求?

  吕华有:我们公司在监狱、文博、轨道交通、烟草工业等系统中已经实现了智能系统。智能系统在监狱项目的主要功能为针对越界、出现、脱岗、离开等行为的分析;烟草工业方面主要针对遗留物检测、人数统计、生产线故障进行分析;文博系统项目主要实现功能为对逆行、进入、丢失等分析告警;轨道交通项目可实现人脸识别,在复杂情况下帮助进行人员管理。

  结合目前公司在各行业的积累,智能视频分析应用大致可分为公安执法和安全类、文博类、烟草工业类。执法类会更侧重于模式识别,如车牌识别、人脸识别;安全类则会侧重于逆行监测、非法入侵、人群聚集、滑倒、遗留物的检测;文博类重点在于物品看管及人员的安全监控,可对物体丢失、拿走、徘徊报警以及对特殊通道进行逆行监测,也可对人数进行统计、人员密度进行监测;烟草工业类应用偏向于行为分析,如针对禁用区的遗留物进行检测,结合生产设备故障的特殊表现进行故障检测。高清智能与非高清智能在基础算法采用相同原理。高清算法需要提供更多的计算能力去进行分析。目前,行为分析类,采用CIF分辨率已经足够,当输入的是高清视频时,会先对像素进行裁剪后再分析;对于模式识别类,要采用高清视频进行分析,以获取更精确的结果。

  周立: 就可实现的智能视频分析功能来说,几乎所有的应用都主要针对于人、车、物体三个方面,北京文安根据具体应用的不同把它分为三类:1.公共安全预防类。它包含了目标移动轨迹的跟踪、目标移动范围、目标移动方向、特殊人体行为、特殊车辆行为的监测等等,它比较突出的特点是可针对可疑异常事件进行及时预警。2.数据统计分析类。典型例子如客流统计、车流统计类应用。这一类应用相对较独立,它以数据输出为最终结果,多以提供不同类型数据报表来辅助管理决策。3.智能交通监控类。典型如车牌识别、闯红灯违法监测、交通综合违法监测等,这一类应用主要针对车辆进行分析,相对较为成熟,应用案例也较为普遍。

  除此之外,北京文安结合国内视频监控的现状问题,又针对性地开发了一类专门针对视频图像质量本身的应用,以通过对每一路视频图像的信号质量进行监测,对视频图像出现的视频丢失、雪花、滚屏、模糊、偏色、画面冻结、增益失衡等常见摄像头故障做出准确判断,帮助用户及时的发现前端摄像头的视频质量故障,有效掌控前端设备运行情况,保证监控系统的正常运行。

  不同的行业对于视频监控的需求一般有着非常明显的差异,特别是对于智能视频分析技术的应用需求,由此也决定了不同行业间检测行为类型与异常事件的特殊性。比如在平安城市中,可针对城市治安突发事件,专门研发打架、抢劫、攀越等行为分析功能。在银行ATM自助服务区,可通过对目前ATM自助服务区犯罪手段的分析,实现如非法粘贴小纸条、安装假键盘、蒙面、暴力抢劫等行为分析功能。在交通行业,可实现针对交通事件如逆行、非法停车、交通拥堵等情况报警的更多的功能。只有结合行业应用实际,深入了解不同行业的具体问题,才能更好地抓住用户的需求,将智能视频分析技术的功能落实到应用的实处,这也是智能视频分析技术未来产业化价值的最终体现。

  周翔: 贝尔信的智能视频监控产品在机场、核电站、油田、政府周界、码头、监狱等场所有广泛应用。比较具有代表性的是四川监狱的项目。四川监狱通过摄像头对监控场所的实时记录,加之基于人工智能和模式识别的智能分析模块,对视频画面进行“人脑化”机器分析,提取有意义的视频信息,并根据事先设定的安防规则,触发多种报警信息,引起安保人员的警惕,大大提高了安防等级,实现了“技防”和“人防”的完美结合。该智能视频监控产品主要可实现周界防护的功能,在监狱围墙内外侧、监狱出入口、操场、通道有人员闯入、可疑物品遗留时发出报警信号,并通过监控中心的电子地图,清晰指出事故位置,方便狱警人员准确快速采取相关行动,达到事前预警、事中处理、事后取证的效果。这样的智能监控产品设置不仅将安保人员从监控录像中解放出来,更实现了“机器眼”对监控视频的7×24小时全天候无缝监控。周界防范的应用,将更有效的防止犯人攀爬、穿越围栏越狱等事件的发生。

  对于智能视频分析的解决方案,不同的行业有不同的侧重点。以监狱为例,为防止犯人越狱和群殴事件的发生,对周界和人群聚集的需求比较突出,主要是解决这两方面的问题,而对于一些机场等人员流动性比较大的公共场所来说,对于遗弃物的检测和徘徊检测的需求比较突出,以防止危险物品的爆炸和可疑人员进行犯罪等行为。对于核电站、油田、电网等场所来说,一般处在偏远地区,人流量不大,但是其周界的安全保卫需求比较高,一旦有人靠近就需要引起警示,对周界的防卫需求比较突出。

  对于视频监控而言,图像越清晰,细节越明显,观看体验越好,智能等应用业务的准确度也越高,所以图像清晰度是视频监控永恒的追求。以往视频清晰度低,给监控人员寻找有价值的线索造成很大的难度,高清视频技术的运用给我们提供了高清晰的,包含丰富完整信息的高质量视频源,从而提高了视频智能分析的准确率,避免了因场景问题而损失信息量。从这个方面来说,视频的智能分析是以高清为前提的,因此智能视频分析对前端摄像机清晰度的要求是比较高的,高清意味着存储压力的增大,相应的,对后端存储设备的稳定性和容量也有一定要求。

  马康炜:智 能 视 频 分 析 方 案,不同行业对于智能视频分析需求有着明显的差异性。包括防范的内容,专业术语等。例如:银行需要的是粘贴异物、非 正 常 人 脸、尾 随 检 测 等;监 所 需 要剧 烈 动 作 、攀 高 、虚 拟 墙、人 员 聚 集 等功能;而电力安全生产,需要的是安全帽、红马甲检测(未正确着装的,进入工作区域的要进行报警)。

  高清监控智能视频分析与非高清智能视频分析技术上没有太大的差异,但是带来的结果是完全不同的。高清监控可以提高智能视频分析的效率,同时可以从视频中获取更多更有效的信息。比如说,人脸和车牌识别,就需要图像更多的细节,可以提高识别率的同时可以提供更有说服力的图片和视频。

  智能视频分析与视频信息管理

  智能视频分析技术给视频信息管理带来什么帮助?对视频信息检索实现会有什么帮助?未来,智能视频分析技术会如何发展呢?

  周立: 智能视频分析技术的不断成熟与发展为视频的快速检索提供了更多可能。利用图像分析技术,抽取能够描述人员和车辆的图像特征,并根据这些特征在视频数据中迅速搜索到与指定特征相匹配的物体。不仅极大的提高了视频监控的有效性,也将更好的发挥监控系统的使用效能。

  周翔: 视频监控系统己经被广泛地应用于政府、银行、商场、车站和交通路口等公共场所。但在实际的监控活动当中,发现警情及现场异常情况等大部分工作仍需人工来完成。科学研究表明,人眼盯住电视墙20分钟之后注意力就会大幅下降,敏锐视角仅为10度,其余只有余光,敏锐观察范围小。另外,夜晚可视度低,反映迟钝,会造成重要信息的流失。普通视频监控系统通常只是对视频图像的录制,只能用作为事后取证,没有充分发挥监控系统的实时性和主动性。想要在浩如烟海的视频图像中对危险情况进行预警,对危险目标进行监测、跟踪,在异常事件发生时及时提示安保人员,让视频本身能够思考就显得尤为重要。

  智能视频分析就很好的解决了这个问题,贝尔信智能视频分析产品真正做到了将智能视觉分析模块完全嵌入到了摄像机或视频编码器等前端设备的DSP中运行,可以对视频里的每一寸画面进行自动监控,有效地增强传统视频监控的自动检测能力,提升警戒强度,提高监控效率和自动响应报警,从而实现7×24全天候的持续监控或者针对重要时段的无人值守监控。

  随着中国“平安城市”建设的持续推进和城市视频监控需求的不断提高,预计“十二五”期间中国城镇化率目标将超过50%。城市视频监控系统是“平安城市”建设的主要组成部分,如此大规模视频监控的应用,视频监控的智能化将成为必然的趋势。从技术层面上讲,智能视频分析的算法日渐成熟,而且伴随着高清的普及,视频分析的效果更加准确,随着市场大规模的应用,产品的成本得以降低,这些因素都将进一步推动智能视频分析的实际应用。

  马康炜: 智能视频分析技术使得视频信息形成人防和技防相结合的方式进行管理,大大提高了管理效率,使得被动查验变为主动防御,而且是7X24小时全天候防范。智能视频分析对视频信息检索提供了更为具体的事件细节依据。未来,用户可能只需要通过一个简单的事件特征描述,就可以完成检索。

  目前,越来越多的企业和厂家都已经认可智能分析在安防发挥的作用。智能分析不能解决用户百分之一百的问题,但哪怕只要是能解决百分之十,都可以认为智能分析的作用是非常的大的。随着高清、网络、算法的不断发展,行业将越来越清晰化,城市监控的不断增长,智能视频分析在安防界将发挥着非常重要的作用。智能视频分析是行业发展的必然趋势,当“眼睛”拥有了“大脑”,未来的社会环境将更加安全、和谐。

  结束语

  智能视频分析正更广泛地应用在安防行业,且发挥着越来越重要的作用。虽然当前技术还不够成熟,各方面配套条件还不够完善,但安防监控使用者的迫切需求将会使智能视频分析飞速发展并普及,成为视频监控使用者的得力帮手。

关键字:摄像机

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2012/0106/article_4313.html
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