摘 要：針對(duì)當(dāng)前流行的視頻監(jiān)控系統(tǒng)不能智能識(shí)別監(jiān)視目標(biāo)、不能智能處理突發(fā)狀況等問題，提出了一種基于智能視頻監(jiān)控的安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。 該系統(tǒng)主要由監(jiān)控端、管理端和服務(wù)端三部分組成，利用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、紅外探測(cè)、電子圍欄等設(shè)備對(duì)安防區(qū)域?qū)嵤┞?lián)合監(jiān)控；借助數(shù)字圖像分析技術(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)監(jiān)控場(chǎng)景下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，并對(duì)其定位、識(shí)別、行為理解，智能地管控安防區(qū)域。 文中重點(diǎn)闡述了智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)及視頻智能分析的實(shí)現(xiàn)。

　　0 引 言

　　隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，公眾對(duì)安全防范的意識(shí)也在逐步提升，視頻監(jiān)控系統(tǒng)越來(lái)越多的被應(yīng)用于企業(yè)、學(xué)校、銀行、居民區(qū)中。 但是目前，多數(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)都只是提供實(shí)時(shí)圖像給工作人員，由人工監(jiān)視處理。 這樣的監(jiān)控方式存在著諸多的不足：，絕大多數(shù)的此類系統(tǒng)不可能在數(shù)量上按照1:1 的比例配置攝像機(jī)和監(jiān)視器，那么大部分的監(jiān)視點(diǎn)都不能時(shí)刻處于監(jiān)控狀態(tài)；第二，有試驗(yàn)顯示，人如果連續(xù)觀察2 個(gè)以上的監(jiān)視器，10分鐘后，將錯(cuò)過45 %的場(chǎng)景，22 分鐘后，會(huì)錯(cuò)過95 %的場(chǎng)景，效率極其低下；第三，既然實(shí)時(shí)監(jiān)看不符合人的心理與生理特征，為了不漏掉沒有發(fā)現(xiàn)的情況，只好進(jìn)行24 小時(shí)視頻錄像，以便事后調(diào)閱。 這就產(chǎn)生了大量無(wú)用信息，少量的有用信息淹沒在其中，想獲取這些有用信息變得更加困難；第四，業(yè)務(wù)功能單一，由于不具備智能分析能力和聯(lián)動(dòng)處理能力，只能“監(jiān)”視，而缺少防“控”處置的能力。

　　智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)是采用人工智能、模式識(shí)別、概率論和圖像處理技術(shù)，借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力來(lái)分析視頻數(shù)據(jù)，過濾掉圖像中的無(wú)用信息或干擾信息、抽取視頻源中的關(guān)鍵信息、判斷有無(wú)異常情況，并以快、的方式進(jìn)行處理。 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)能有效進(jìn)行事前預(yù)警、事中處理、事后及時(shí)取證，是全自動(dòng)、全天候、實(shí)時(shí)監(jiān)控的智能系統(tǒng)。

　　1 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能分析

　　首先，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)采集到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用，例如，當(dāng)偵測(cè)到有目標(biāo)進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)鎖定該目標(biāo)、并進(jìn)行跟蹤拍攝錄像、同時(shí)觸發(fā)相應(yīng)報(bào)警聯(lián)動(dòng)；可以實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別和車牌識(shí)別，智能記錄人員和車輛的出入情況；結(jié)合圖像融合算法，實(shí)現(xiàn)紅外光和可見光圖像的融合，增強(qiáng)夜間監(jiān)控的可靠性。

　　其次，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)能有效集成其他安防設(shè)備，例如門禁系統(tǒng)、紅外探測(cè)器、煙溫感探頭、警鈴等，實(shí)現(xiàn)安防工作的一體化、集成化，充分發(fā)揮系統(tǒng)的效能。 比如當(dāng)紅外探測(cè)器發(fā)現(xiàn)不明目標(biāo)進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域，系統(tǒng)會(huì)迅速發(fā)出指令要求相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的預(yù)置位，拉響警鈴，并提示管理員查看該路視頻信號(hào)。 這種集成的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式多樣，能大大降低誤報(bào)率，提高安防工作的效率。

　　第三，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)能感知前端攝像機(jī)的工作狀態(tài)，如視頻模糊、視頻遮擋、視頻丟失、視角變換等。 譬如在一個(gè)大型的監(jiān)控系統(tǒng)中，通常會(huì)有幾百乃至幾千路監(jiān)控點(diǎn)，監(jiān)控中心的值班人員多只能監(jiān)視其中幾十路視頻圖像而已，當(dāng)其中某一路視頻被有意或無(wú)意遮擋時(shí)，值班人員很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而帶來(lái)重大安全隱患。 系統(tǒng)具備一定的自我檢測(cè)能力，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、修復(fù)系統(tǒng)問題，保障系統(tǒng)正常運(yùn)行。

　　第四，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)錄像提供自動(dòng)證據(jù)視頻檢索，該功能利用目標(biāo)偵測(cè)技術(shù)獲得目標(biāo)的類型、形狀、大小、速度、位置、顏色、以及其他特定的目標(biāo)標(biāo)志信息，從而生成豐富的視頻索引，實(shí)現(xiàn)特定視頻段檢索或者目標(biāo)事件檢索。 例如輸入“8月23日14:00”到“8月23日16:00”間，走過“6 kV配電間”的“戴藍(lán)帽子”人員，系統(tǒng)能根據(jù)這些關(guān)鍵信息點(diǎn)為用戶查找到相關(guān)錄像，極大的提升了視頻分析的效率。

　　2 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　文中提出的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)可分成軟件和硬件兩大部分（如圖1 所示）。 軟件部分由系統(tǒng)后臺(tái)監(jiān)控端、管理端、服務(wù)端和數(shù)據(jù)庫(kù)四部分組成；硬件部分主要包括：網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機(jī)、I/O 電子控制器、各類報(bào)警傳感器、探照燈、門禁讀卡器、門禁控制器等。

　　2.1.1 軟件部分組成

　?。?）監(jiān)控端：它是智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信息處理單元，承擔(dān)著連接用戶與中心服務(wù)器的任務(wù)，是信息的中轉(zhuǎn)站，也是確保用戶能時(shí)間接收到視頻信息和報(bào)警的關(guān)鍵。 它的主要功能有：查看實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像，接收?qǐng)?bào)警提示，查詢歷史告警記錄，遙控操作各類報(bào)警設(shè)備。

　?。?）管理端：主要用于人員權(quán)限配置，硬件設(shè)備配置，系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)報(bào)警方案設(shè)定、定時(shí)計(jì)劃方案管理。

　?。?）服務(wù)端：作為智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它承擔(dān)著硬件設(shè)備的管理、數(shù)據(jù)通信、歷史視頻記錄管理、網(wǎng)絡(luò)擁塞控制、報(bào)警智能處理等眾多職責(zé)。

　　為了保證系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性及易用性，監(jiān)控端、管理端、服務(wù)端均采用C#語(yǔ)言編寫，運(yùn)行于微軟的WINODWS操作系統(tǒng)之上。

　?。?）數(shù)據(jù)庫(kù)：采用微軟的SQL2005數(shù)據(jù)庫(kù)，它的性能較為優(yōu)異，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，有比較高的安全性。 系統(tǒng)里所有的硬件信息、人員信息、報(bào)警處置方案、報(bào)警歷史記錄、視頻索引全在儲(chǔ)存在這里，便于修改調(diào)用。

　　2.1.2 硬件部分組成

　　（1）網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)：由鏡頭、圖像/聲音采集器、數(shù)字圖像/聲音編碼器、網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器等部分組成。 它內(nèi)置SD 卡等儲(chǔ)存設(shè)備，有一定的存儲(chǔ)能力；圖像視頻/音頻輸出信號(hào)質(zhì)量較好，支持流行的M-JPEG/H.264 編解碼。 重要的是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)擁有內(nèi)置處理器，能夠借助先進(jìn)的圖像分析算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻圖像的目標(biāo)識(shí)別、提取、分類及行為分析，一旦檢測(cè)到出現(xiàn)異常狀況，能通過網(wǎng)絡(luò)及時(shí)向系統(tǒng)服務(wù)端發(fā)出告警信息。

　?。?）I/O 控制器：即輸入輸出（Input and output）控制器，它能接收并轉(zhuǎn)換其他設(shè)備發(fā)來(lái)的電信號(hào)，也能向這些設(shè)備發(fā)送適當(dāng)?shù)碾娦盘?hào)序列；具有網(wǎng)絡(luò)通信接口，支持TCP/IP 等常見的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，能與其他設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)交換信息；擁有一定容量的報(bào)警數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，在網(wǎng)絡(luò)不通暢的情況能夠在本地記錄報(bào)警信息；接口較為豐富，擁有RS-232/RS-485 等通訊接口，能夠兼容市場(chǎng)上常見的報(bào)警設(shè)備。

　?。?）門禁控制器：擁有內(nèi)置卡號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)，支持本地刷卡驗(yàn)證；可以遠(yuǎn)程開、關(guān)門禁；當(dāng)門禁控制器出現(xiàn)意外情況時(shí)能夠向用戶發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

　?。?）各類報(bào)警設(shè)備，如電子圍欄、紅外探測(cè)器、火警探測(cè)器、輔助照明、報(bào)警按鈕等。

　　2.2 系統(tǒng)工作流程

　　系統(tǒng)工作流程如圖2 所示，前端攝像機(jī)采集到視頻信號(hào)后，由內(nèi)置的嵌入式處理器直接做數(shù)字圖像分析，提取出有價(jià)值的目標(biāo)。 對(duì)其的形態(tài)及行為趨勢(shì)做分析判斷，如果認(rèn)定有異常情況出現(xiàn)，便向服務(wù)端發(fā)送相關(guān)的異常告警信息，由服務(wù)端參照用戶預(yù)先設(shè)定的報(bào)警規(guī)則，對(duì)異常告警做詳細(xì)分析，如果符合預(yù)設(shè)的報(bào)警條件，系統(tǒng)向工作人員發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)按照預(yù)設(shè)告警處置方案發(fā)送控制指令給相關(guān)I/O 控制器、門禁控制器，進(jìn)行安全管控。

　　系統(tǒng)預(yù)設(shè)報(bào)警規(guī)則的目的，是為了能夠在各種環(huán)境下，對(duì)其監(jiān)控地點(diǎn)發(fā)生的異常狀態(tài)進(jìn)行分析時(shí)，都能盡量準(zhǔn)確，減少漏報(bào)、誤報(bào)的發(fā)生。

　　為此，首先要根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)所處環(huán)境類型，將預(yù)警設(shè)置的場(chǎng)景劃分為室內(nèi)、室外、白天以及夜晚四個(gè)大類，對(duì)待監(jiān)控的目標(biāo)則可以劃分為人、機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車以及動(dòng)物等幾大類。

　　其次，在完成現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境類型與預(yù)警目標(biāo)的設(shè)置之后，要對(duì)監(jiān)控的區(qū)域進(jìn)行劃分，具體來(lái)說可劃分為警戒區(qū)、非警戒區(qū)、監(jiān)視區(qū)等多種警戒類型。 將警戒類型與目標(biāo)類型巧妙的結(jié)合起來(lái)，可以充分發(fā)揮智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在信號(hào)采集與數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢(shì)，在不同的環(huán)境下、針對(duì)不同的警戒類型、根據(jù)不同的實(shí)際情況、及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)出預(yù)警，從而有效地提高預(yù)警的針對(duì)性與準(zhǔn)確性。

相關(guān)資料：

基于智能視頻監(jiān)控的安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)（二）