智能高清網(wǎng)絡(luò )攝像機中智能分析的發(fā)展探索

　　智能高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的技術(shù)主要包括六部分，其中智能分析系統已經(jīng)逐漸成為系統的靈魂，并在未來(lái)主導智能高清攝像機的應用與發(fā)展。

瘋狂的市場(chǎng)，激情的市場(chǎng)，是創(chuàng )新改變了需求，還是需求贏(yíng)得了市場(chǎng)，部分企業(yè)早在2006年前就已經(jīng)看到安防數字化這一趨勢，并致力于高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的研究與開(kāi)發(fā)，逐漸引導行業(yè)高清智能網(wǎng)絡(luò )攝像機發(fā)展趨勢。

隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的快速發(fā)展，安防以及其它視頻應用系統的技術(shù)也不斷升級進(jìn)步，許多大型的、高端的視頻監控項目，都選擇了高清網(wǎng)絡(luò )攝像機，傳統的模擬攝像機的銷(xiāo)售急劇下滑，高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的銷(xiāo)售份額卻快速增長(cháng)。從IT技術(shù)發(fā)展的趨勢來(lái)看，數字技術(shù)取代模擬技術(shù)是不可逆轉的?，F在的數字電視已經(jīng)完全取代了模擬電視成為主流，廣電部已經(jīng)宣布將在近期停播模擬電視，使得模擬電視將徹底消失。數字相機也取代模擬相機成為主流，并且數字相機幾乎人手一部，在短短的幾年時(shí)間里就完成了升級換代……

目前中國安防市場(chǎng)上的高清網(wǎng)絡(luò )監控市場(chǎng)，基本上還處于初級階段，各類(lèi)芯片商、產(chǎn)品商、系統集成商、系統平臺商在高清網(wǎng)絡(luò )監控市場(chǎng)上的銷(xiāo)量還屬試水階段，高清網(wǎng)絡(luò )監控的技術(shù)、系統都還處在不斷磨合完善時(shí)期。網(wǎng)絡(luò )攝像機似乎與高清成了一對強強聯(lián)手的組合，在世界的安防市場(chǎng)上嶄露頭角并閃亮登場(chǎng)。作為高清視頻監控最前端設備，高清網(wǎng)絡(luò )攝像機是提供視頻監控的信源，將視頻進(jìn)行高清編碼和IP封裝，通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )來(lái)承載高清圖像，可實(shí)現高清監視、錄像等監控功能。從三網(wǎng)合一的下一代互聯(lián)網(wǎng)（NGN）技術(shù)來(lái)看，廣播電視、電訊、互聯(lián)網(wǎng)、以及移動(dòng)寬帶等無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )將融合成下一代的互聯(lián)網(wǎng)。以包交換為特征的IP網(wǎng)絡(luò )，取代原有的以線(xiàn)路獨占式的傳輸網(wǎng)絡(luò )。它將是更加全面的覆蓋、并且無(wú)所不在。有線(xiàn)方面，將以光纖入戶(hù)（光進(jìn)銅退）為主，無(wú)線(xiàn)方面，則以WIFI+4G自動(dòng)切換為主。有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)的寬帶為視頻的傳輸提供了極大的便利條件，這是視頻監控網(wǎng)絡(luò )化的基礎。視頻監控作為以視頻傳輸為核心的系統，也將融入這一大的網(wǎng)絡(luò )系統，信息孤島必將被消除。這是因為，從智慧地球（城市）的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，所有的信息都需要互聯(lián)互通，才能做出智慧的決策，視頻監控系統，不僅公安需要，應急指揮需要，政府領(lǐng)導需要，相關(guān)單位如城管、消防、環(huán)保、水利等等都需要。當然，訪(fǎng)問(wèn)權限和安全性需要得到保障，但這不是信息孤島存在的理由借口?，F在，國家正在大力的推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用和發(fā)展，其基本的思想是“物物相連、感知中國”，也就是“更加全面的透徹的感知、更加全面的互聯(lián)互通、更加智慧的決策”。視頻以及將其直接接入互聯(lián)網(wǎng)的高清網(wǎng)絡(luò )攝像機，將作為人類(lèi)信息的第一來(lái)源，必將在物聯(lián)網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)的應用中發(fā)揮更加宏大的作用。

智能高清網(wǎng)絡(luò )攝像機技術(shù)分析

智能高清網(wǎng)絡(luò )攝像機技術(shù)是一個(gè)高度技術(shù)密集型的技術(shù)，高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的發(fā)展可以從清晰度和傳輸速度以及應用情況等多個(gè)方面綜合來(lái)看，涉及到眾多的核心技術(shù)和知識產(chǎn)權，要掌握這些核心技術(shù)、需要企業(yè)投入大量的人力、物力、時(shí)間和資金，需要積淀和積累，因此它也提高了行業(yè)進(jìn)入和競爭的門(mén)檻。

視頻智能分析技術(shù)分析

高清網(wǎng)絡(luò )攝像機最大的優(yōu)勢是可以實(shí)現強大的視頻智能分析技術(shù)。視頻分析作為高清監控系統中智能功能實(shí)現的重要媒介，在高清監控系統應用中具備非常重要的地位，高清攝像機由于提供足夠的像素、從而提供更多的細節和特征，使得目標的分類(lèi)、甚至是識別成為可能。在用于監控目的（非專(zhuān)業(yè)抓拍的）的高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的抓拍圖片中，可以識別出比如人臉、車(chē)牌、行為等等。

　　現有的智能分析主要包括以下環(huán)節：

目標檢測：目前的目標檢測技術(shù)主要是采用基于高斯（或多高斯模型的）背景估計和背景減除的方法，這種方法在光線(xiàn)變化劇烈的環(huán)境（如繁華的街道，霓虹燈路口）等場(chǎng)合下，就會(huì )失效，這時(shí)采用基于特征的檢測方法才有可能工作。高清網(wǎng)絡(luò )攝像機就可提供足夠的像素和字節特征，可抵御光線(xiàn)變化帶來(lái)的干擾。目前的視頻分析技術(shù)，與傳統的移動(dòng)偵測技術(shù)相比，主要進(jìn)步在于對一些規則運動(dòng)的過(guò)濾，如樹(shù)的搖動(dòng)，水波浪的運動(dòng)、噴泉等等，以及緩慢的光線(xiàn)變化等等。

目標跟蹤：通過(guò)對連續視頻的目標檢測，建立移動(dòng)目標的關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現對目標的跟蹤，和辨識（建立目標ID），才能進(jìn)行有效的行為分析。在目標的跟蹤過(guò)程中，還要采用預測的方法，如線(xiàn)性預測、卡爾曼濾波、離子濾波，Mean-Shift等方法，才能建立較好的跟蹤，并解決目標重疊和遮擋的問(wèn)題。較高的像素特征，對于跟蹤效果也有大幅的提升

目標的行為分析：在建立了目標跟蹤的基礎上，才能對目標進(jìn)行有效的行為分析，如跨線(xiàn)，越界、進(jìn)入區域，退出區域、在區域內徘徊、逆行、計數（流量統計）、物品消失、遺留物等等進(jìn)行檢測。

目前，視頻分析技術(shù)尚未得到廣泛的應用，主要有以下原因：

●用戶(hù)缺乏對視頻分析功能的理解，很多用戶(hù)并非專(zhuān)業(yè)人員，對視頻分析，甚至是安防產(chǎn)品的使用方法缺乏足夠的理解，不知道如何用好視頻分析來(lái)減輕用戶(hù)監測現場(chǎng)的負擔。而智能分析技術(shù)的研發(fā)人員，則對用戶(hù)的實(shí)際需求不了解，從而造成智能分析技術(shù)與應用需求的脫節。

●目前缺乏低成本的產(chǎn)品與方案，雖然帶智能分析功能的網(wǎng)絡(luò )攝像機已經(jīng)面市，但價(jià)格依然偏高，獨立的視頻分析盒會(huì )增加很多成本，后端的視頻分析軟件，只能對少數的攝像頭進(jìn)行分析，很難起到全面預警的作用。因此，智能分析將會(huì )集成在高清網(wǎng)絡(luò )攝像機上面，這已經(jīng)沒(méi)有懸念。這將會(huì )大大降低視頻分析技術(shù)的成本，使得智能分析技術(shù)得到廣泛的應用和普及。

智能分析技術(shù)應用趨勢分析

隨著(zhù)視頻分析技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品逐漸集成化，出現智能前置與智能后置兩種發(fā)展趨勢？我們認為智能前置是主要的趨勢，因為，在后端進(jìn)行分析，畢竟計算量有限，傳輸的帶寬有限，分析的視頻路數也有限，而現在的安防工程中，有大量的，數以幾千、幾萬(wàn)、甚至幾十萬(wàn)的攝像頭，是不可能用人力進(jìn)行監視的。對于眾多現有的沒(méi)有智能分析功能的監控系統，也可以將智能中置，也就是在前端的DVR、或NVR實(shí)現智能分析的功能。后端可根據前置、或中置的分析結果，作出一些宏觀(guān)的統計分析、數據挖掘和預測?？傊?，智能分析的目的，是減輕人類(lèi)用眼睛監視的負擔，過(guò)濾掉一些例行的、無(wú)關(guān)的視頻，提取值得關(guān)注的視頻場(chǎng)景，因此，智能前置應該是必然的趨勢。

從應用的場(chǎng)合來(lái)看，智能分析不僅用于安防監控，同時(shí)，也可以用于企業(yè)或行業(yè)的管理。例如車(chē)牌識別，和人臉識別，可以用于卡口、門(mén)禁控制，特定的人或車(chē)進(jìn)出某個(gè)特定區域的統計。零售或業(yè)務(wù)處理的排隊長(cháng)度估計，辦事大廳人員密度的估計，以及商場(chǎng)、或倉庫的各時(shí)段、各區域顧客密度的統計等等，都可以讓管理人員及時(shí)做出相應的管理調整。視頻分析需要在常規的智能分析的基礎上，針對特定的應用，甚至特定場(chǎng)合進(jìn)行特別的開(kāi)發(fā)，而這些針對特定應用的開(kāi)發(fā)，從算法原理上，都會(huì )與通用的智能分析方法有根本的不同。例如，在指定的位置上，監測是否有車(chē)輛通過(guò)，相當于地感線(xiàn)圈的功能，也被稱(chēng)為“虛擬線(xiàn)圈”，就不能用智能分析中跨線(xiàn)功能，其檢測率是達不到地感線(xiàn)圈的要求。北京大學(xué)深圳研究生院開(kāi)發(fā)的“虛擬線(xiàn)圈”技術(shù)，就是采用的基于特征的檢測技術(shù)，經(jīng)過(guò)在安徽銅陵等地進(jìn)行的實(shí)況測試，達到甲方所期望的技術(shù)要求，并誕生了多項的專(zhuān)利技術(shù)，甚至包括了基礎的圖像處理的一些算法專(zhuān)利。再例如北京大學(xué)深圳研究生院與香港生產(chǎn)力促進(jìn)局合作開(kāi)發(fā)的車(chē)載行人檢測算法，采用了HOG和HAAR特征相結合，在快速移動(dòng)和變化的背景下、完成對行人的準確檢測與預警、并成功進(jìn)行了車(chē)載實(shí)驗，得到香港創(chuàng )新署的高度認可。

　　其實(shí)，智能分析的算法早在其它的領(lǐng)域，如工業(yè)制造中，就有許多的應用，例如，加工零件的檢測、定位、以及位置的校準，零件的識別與分揀、零件與產(chǎn)品的缺陷檢測等等，屬于工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域，算法開(kāi)發(fā)人員在專(zhuān)業(yè)的圖像處理平臺（提供基本的一些圖像分析的功能模塊）上，根據不同的應用開(kāi)發(fā)不同的智能分析算法，這對于智能高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的應用來(lái)講，也許是一種啟示。德州儀器公司就提供這種圖像處理的芯片，提供基本的圖像處理功能，如目標的提取、跟蹤、人臉檢測等等，具體的應用算法將根據具體應用來(lái)開(kāi)發(fā)。這也將造就無(wú)窮無(wú)盡的個(gè)性化的產(chǎn)品，來(lái)服務(wù)不同的應用需求。另外，智能檢索其實(shí)是一個(gè)非常重要的技術(shù)，盡管實(shí)時(shí)的智能分析可以起到某些預警的作用，但大多數情況下，都是事后調閱大量的錄像，這一工作量十分巨大。有時(shí)為了查閱這些錄像資料，公安部門(mén)不得不雇傭大量的人工來(lái)查詢(xún)，據報道、某市公安部門(mén)曾經(jīng)為搜索某個(gè)重大的案件、花了數月的時(shí)間，和大量的人力，來(lái)查閱相關(guān)視頻錄像，最后還是一無(wú)所獲。因此，在對視頻進(jìn)行壓縮和分析同時(shí)，就把某些智能分析所需要的特征存儲起來(lái)，并進(jìn)行一定程度的索引，采用如K-D樹(shù)等搜索技術(shù)，然后，可以根據不同的情況設置不同的搜索條件，對已經(jīng)儲存的特征進(jìn)行搜索，可以大大加快檢索的速度，同時(shí)提高檢索到相關(guān)事件的檢索率。還可以進(jìn)行多種設置條件下的組合檢索，多個(gè)攝像頭的組合檢索等等，由此可見(jiàn)智能檢索在智能分析中的重要性。

結束語(yǔ)

高清網(wǎng)絡(luò )攝像機，作為智能分析平臺的前端，使智能分析得到更加廣泛的應用的和推廣，同時(shí)也進(jìn)一步促進(jìn)高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的發(fā)展，成為網(wǎng)絡(luò )攝像機相對于模擬攝像機的一個(gè)重要的優(yōu)勢。從近一兩年的趨勢來(lái)看，高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的性能會(huì )進(jìn)一步提高，成本會(huì )進(jìn)一步降低，智能分析的技術(shù)會(huì )越來(lái)越成熟、應用越來(lái)越廣泛、加之三網(wǎng)合一、物聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò )建設越來(lái)越成熟，從而使高清智能網(wǎng)絡(luò )攝像機占據越來(lái)越多的市場(chǎng)份額。因此，我們將會(huì )看到，高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的迅速崛起，必將導致又一次的從模擬到數字技術(shù)的升級與換代。