网络视频监控技术智能应用

曾华桂

（广州肯东网络科技有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

这些年来，随着整个社会经济的快速增长、人类经济社会的迅速进步以及中华民族整体综合政治力量的日益增强，在银行、供电、交通运输等领域对保安防范和现场记录报警管理系统的要求也逐渐增加，对安检设备和军用设备越来越多，需求也愈来愈高。网络视频监控系统已经应用到了经济社会生产与生活中的各方面。尽管监控系统已经在银行、市场、火车站和交通道口等公共场合中被广泛应用，但现实的监视目标任务仍必须进行很多的人工处理，而现在的录像监控管理系统往往只记录视讯图象，给出的消息不是解读的视讯图象，只可以用于事后取证图像工作，却忽视了监测的即时性和主动。然而即时解析、追踪、鉴别监测对象，适时报道特殊事项，对于协助安全部门以及有关部门正确行动、及时决策等方面的应用，视频监控的“智能化”的作用就更被人们所重视和采用了[1]。图1 为网络视频监控的广泛应用领域。

图1 网络视频监控广泛应用领域

1 智能视频监控技术概述

智能视频自动跟踪监控科技（IVS） 的起源，由美国BELLSENT 公司，来自于公司所发明的VTD 专利科技技术，它主要作用是运用新型人工智能中的模式判断的原理。在事件处理过程中，智能视频监测技术在监控系统中其通过接受图像信号，进而通过比较和比对，并对其中的状况进行分析，就能够发现场景的差异所在。重要性不言而喻，通过分类和鉴别收集到的视频图片应该属于什么类别，存在哪些情况，从而可以更有效地进行回应，促发安全警报[2]。

1.1 智能视频监控系统结构组成

现阶段智能视频监控技术系统的结构主要存在着以下两种形式：①分布式智能视频监视系统——其内摄像机控制系统在人为的设置下，能够选择性专门监视某一特殊的情景以及观看全景。②主动智能监视系统——其主要特征为利用中心站把无线视频通信网络将摄像头实现了相连，并以此完成对图片和录像内容的统一管理。图2 为网络视频监测网络系统的总体结构。

图2 网络视频监控系统总体结构

1.2 智能视频监控技术发展历程

近数十年来，视频监控技术也得到了很大进展。由原来的主要由摄像机和监视器所构成的闭路监视体系，到了后来基于网络带宽和计算机技术处理能力的完全数字视频监控体系（或数字网络视频监控系统），主要可以分为三个阶段：①视频数字化。②数字视频监测网络化。③监控智能。从刚开始的闭路系统发展到了今天的智能控制系统，而视频监控技术的发展进程之快显而易见，更说明了其发展趋势必然是良性的[3]。

2 智能视频的优势

智能视频监控系统是在普通互联网视频监控的基础上发展出来的。除网络视频监测的已知优点之外，智能视频监测系统还能够给使用者提供更大的便利。

（1）24 小时可靠监测。彻底改变了以往由安保人员监控分析监视图像的传统模式，采用了智能视频模块持续解析监视图像，并嵌入前端装置（网络摄像头或视频服务器）。

（2）显著提高了报警精度。前端设备（网络摄像头和视频服务器）均集成了超强的影像处理功能，并运行着世界领先的智能算法，这样一来，用户就可以比较准确地定义安全威胁的特征，进而有效地减少了误报与漏报，从而减少了对无用数据的使用量。

（3）显著提高的反映速率。尽快确定可疑活动（包括，如果人们在公共场合留下可疑物体或在敏感地区逗留持续时间过长），并提醒保安经理留心有关的监控图像，在重大安全或威胁事故发生之前，一定要及时做好准备。它还可以使用户更为准确地定义当一个安全威胁发生时必须做出的行动，监控系统本身可以使风险控制流程能够充分按照自己的计划实施，有效避免人为因素导致的混乱延误。

（4）增加视频资源的应用。将视频资源应用到人员所不能检测的位置，例如给商场大堂的监控系统加装VIP 自动识别系统，当客人到达时做好接待；如果有人在人群中意外摔倒，可以向工作人员寻求帮助。此外，智能视频系统还可以帮助店主统计货物的销量以及库存情况等，从而对店铺存在的问题进行分析。

3 智能视频监控还存在的不足

在实际环境中，光照变化会增加目标运动造成遮挡，复杂性，其次，目标与背景的参数颜色等趋于接近，背景画质模糊等问题仍然难以解决，目标捕获和跟踪算法的设计也还存在缺陷。难点问题主要表现在以下4 个方面。

（1）背景复杂度：光照变化会影响目标颜色空间和背景颜色，可能导致错误的检测和跟踪。因此，虽然我们可以使用不同的色彩空间来减少光照变化给算法带来的差异，但是却无法彻底减少；场景中前景目标和背景颜色的相互变化，行李的落取，以及汽车的开启与停车；如果背景色彩和目标语言相同，则将会影响目标辨识与追踪的有效性。而目标阴影语言和背景色彩的不同往往被看作是前景，这就使得运动目标的分割和特征提取变得相对困难。

（2）目标特征选择：序列图像包含大量可用于目标跟踪的特征信息，如边缘和纹理、、颜色、目标运动。然而，目标的特征信息大多时候来讲，都会发生变化，因此很难选择合适的目标特点来确保追查的可信度。

（3）遮蔽问题：遮挡是在运动目标跟踪中需要解决的一个问题。因为，如果运动目标被部分或者完全地遮蔽，又或者如果将多个目标进行了遮蔽，那么运动目标部分或完全不可见，这样造成了运动目标信息损失，并影响了跟踪的稳定性。要降低因为严重遮蔽问题所产生的歧义，就需要正确处理特征和目标之间的对应关系了。在目前大多数系统，人们通常使用无法很好地解决严重遮蔽问题的统计程序，来估计目标的位置和长度。

（4）考虑到高度实时性和鲁棒性：序列图像中产生了大量数据消息。为了满足目标跟踪系统的高度实时性需求，我们需要考虑一种较少计算数量的算法。鲁棒性问题也是目标跟踪的另一个主要成就。为了改善算法所实现的鲁棒性，计算完成者必须对随着复杂性改变的背景、光照变化以及遮挡条件有重要的适应功能，这往往是因牺牲了重复性操作而付出代价的。

4 智能视频监控的应用

4.1 火灾预警方面的应用

目前，大多数化工企业和印刷店仍然采用那种老旧的视频监控摄像机，其缺乏信息处理能力，不能人性化和智能化的进行处理。广东一家工厂的涂装车间将原先普通的监控系统升级为了智能视频监控系统。它通过红外传感器作为反馈信号监控整个车间。可以直接表达现场情况，如果发生火灾，监控图像上会产生一些高于正常温度的曲线，缩短事故的认知时间，并迅速向监控中心发出警报，从而极大地控制了火灾事故造成的灾难。火灾报警装置可以更快地反映现场情况，通过智能监控系统，从而产生警示信息。和一般摄像机监测系统比较，有着更高的技术优势和实用价值[4]。

4.2 在轨道交通视频监控中的应用

在广州市地铁2 号线一期工程建设中，视频图像监测网络系统由专门视频图像监测网络系统和公共安全视频图像监测网络系统构成。经过联网，公安部门可以检索特殊电视监控系统摄像头收集的图象，包含实时图像和保存的图片。专用监测管理系统通过在站点配备公共安全监测端口，完成公共安全电视监测管理系统的共享使用，如图3 所示。

图3 组网结构

4.2.1 使用光纤收发器

前端摄像机配置以太网接口，通过无屏蔽双绞线与附近的光纤收发模块连接。光纤模块、光缆终端盒和电源适配器应安装在与现场摄像机相同的控制箱内。机房侧的光纤模块采用机架式安装，机房侧的以太网交换机采用双绞线连接。光纤模块和摄像机按1:1 的比例配置，支撑光纤通过点对点的方式连接到机房侧设备。该方案的优点包括光纤传输的长距离选择。如果传输链路和电力线出现故障，该命令将影响单个高结构清晰度摄像机。缺点是天花板上安装了很多设施，使用的电缆很多，维护困难。如果后续增加监测点，则需要从机房到前端摄像头敷设线缆，实现难度较大。

4.2.2 网络采用无源光

前端摄像机配置以太网接口，通过无屏蔽双绞线与附近的ONU（optical network unit）连接。现场ONU、电源适配器和光缆终端盒与部分摄像机安装在同一个升降控制箱内。有些壁挂式控制箱是根据工位的功能设置的。箱内装有上二级分束器、光纤分配单元和电源适配器，与机房内的主分束器连接。主分束器通过光跳线连接到光线路终端（OLT）。ONU 和摄像头按1 个数配置：n，3≤n≤7。ONU 与OLT、ONU 与摄像机线缆点对点连接。该方案比以太网光模块方案使用的电缆少，但也存在单点故障的风险。如果ONU 和OLT 故障，对应的摄像头会丢失数据信息。

4.2.3 使用以太网的交换机方案

方案包括以下两种：①前端摄像机配置以太网接口，通过无屏蔽双绞线与最近的交换机连接。挂控箱内安装交换机、电源集中转换器、光缆彩色接线盒等设施，通过点对点或环网与机房交换机连接。交换机与摄像机按1:n≤23 的比例配置，对应的光纤以点对点的方式连接。采用本方案时，应在结构墙及站房出入口预留适当的槽位，以方便控制箱的安装。该方案可以简化安装调试，方便后续添加摄像机终端，提高系统的稳定性。但如果切换失败，会导致相关摄像头数据信息丢失。②前端摄像机配有以太网SFP 光接口。4 芯光缆已连接到附近悬挂的控制盒上。箱内装有光缆布线单元和集中电源转换器。每个控制箱采用点对点的方式从机房一侧的设备引入光缆。光缆布线与摄像机的单位容量按1:2 的比例设置，并提前预留20%的资源。本方案需提前预留控制盒安装槽位。由于本方案不需要在控制盒中安装开关，因此cocoa 设计采用了较小的控制盒，适应性较高。本方案中，所有摄像头均通过点对点方式直接连接到机房侧的开关上，减少了外部光电转换设备的使用，简化了系统结构，减少了线缆数量。本方案只将四芯光缆的终端盒安装在车站的天花板上，减少了后续的维护工作。交换机的主控单元、开关和电源单元的冗余配置，在很大程度上提高了系统稳定性，减少了单点故障的发生。

4.2.4 使用以太网的光收发器

前端摄像机配置以太网接口，通过无屏蔽双绞线连接到附近的以太网光模块。项目二期五个站点的公安侧和私网侧采用核心交换机实现公安与私网前端监控、解码器、视频服务器等互联。站芯采用2 个万兆光纤接口接入传输网，完成与公交站、控制中心、分局、公安站的合作，公安站交换机与操作站交换机之间采用防火墙设备，两个千兆电端口汇聚组网，实现公安与运营之间的数据交换。

4.3 银行业安防中的应用

智能视频监控系统技术在商业银行安全中多被用于ATM 和银行大厅的保安管理系统上。而ATM 机作为商业银行不可或缺的设备，一般安装有视频监控系统。而配有视频监控系统的现代取款设备，可以侦测并辨认人脸。一旦人的身份或动作变化明显，信息系统就会发出警告并进行安全处理。同时智能视频图像监测管理系统还可以监测人流。而在此基础上，人们还能够通过比较录像中的人，从而做出更有效的处置[5]。图4 为银行安全监控系统。

图4 银行安全监控系统

5 智能视频监控的发展趋势

就目前来看，中国智能视频应用市场正由概念验证阶段逐步过渡为规模化使用阶段，智能视频开始渐渐过渡形成一个行业体系。从实际使用角度考虑，目前的智能视频监控技术依然是高质量的应用，主要用于特定场景。但是，随着市场发展和技术手段的越来越完善，智能视频监控也将应用到日常生活的各个领域，甚至是千家万户。

6 结语

总体而言，近年来视频监控技术在国内进展得很快，而智能化也是目前视频监控科技发展的主要趋势。但在现阶段，智能视频监测系统还是面临着若干问题，比如它所展现的图像品质，以及怎样对视频中的异常现象进行更智能地评估与分类等问题。

但是，随着计算机操作水平的不断提高，智能视频分析技术也将会得到不断发展。因此智能视频监控系统将越来越完善，其应用平台将不断扩大。在不久的将来，智能视频监控系统将在我们的生活舞台不断闪耀。