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未来监控潮流趋势:视频内容智能分析
时间:2014-05-13 14:47来源:未知

未来监控潮流趋势:视频内容智能分析
未来几十年,中国将面临人口老龄化的巨大压力,这意味着将来有效的劳动力人口会越来越少,因此效率便变得愈发紧要起来。如何有效地利用这些有限的劳动力来养活一大群人对未来的政府来说是一个严峻的挑战,具体到监控行业,如何减轻对人工的依赖将是未来的一种趋势与潮流,而视频内容分析(VCA)生逢其时,正好迎合了这股潮流。

实现视频内容的的智能分析是决胜未来的关键
    潮流引导下的新形态
    何为视频智能分析系统?对此,杭州海康威视数字技术股份有限公司(以下简称海康威视)研发工程师张勤锋先生表示:“所谓的视频智能分析系统是指以数字视频处理技术为核心,充分利用了DSP、光电传感器、工业以太网和人工智能等领域的技术研究成果。视频智能分析系统除具有传统安防监控系统的功能以外,还具备复杂场景的昼夜监控、不间断检测、智能识别及预警入侵目标、自动异常检测、视频传输、后端回放、误报率低等特殊的功能。”
    而视频内容分析(VCA)作为智能网络视频监控系统(IVS)中的一个关键技术,严格来讲,并非是这两年才突然冒出来的,其诞生的过程经过了漫长的技术酝酿与演进,只是近几年基于技术的不断突破使其在实用性方面取得了质的飞跃,才得以越来越受重视,进而形成一种趋势。
    目前,行业在视频内容分析(VCA)的功能描述上是各说各话,并没有形成一个统一的标准。尽管如此,但其大体意义上还是相似的。对此,浙江宇视科技有限公司(以下简称宇视)系统规划部副部长吴坚表示:“目前VCA可实现的功能主要有行为类的周界入侵检测、物品遗留与拿取检测、交通事件与违章检测、客流统计、移动侦测等;识别类的车牌识别、运动目标识别与跟踪、人脸识别、交通流量统计以及目标特征提取与检索等功能;诊断类的主要是针对视频图像出现的雪花、滚屏、模糊、偏色、增益失衡、云台失控、画面冻结等常见的摄像头故障、视频信号干扰、视频质量下降等进行检测报警。”
    硬件与软件架构的搭建
    视频智能分析系统从表现形态上可分为两种,即基于硬件架构的智能分析系统与基于软件架构的智能分析系统。
    硬件架构
    所谓硬件架构平台,即硬件本身就固化了能实现视频内容分析的功能,如带有智能分析功能的网络摄像机、智能硬盘录像机、智能视频服务器等等,将智能分析的规则或算法直接嵌入在网络摄像机、硬盘录像机、视频服务器的芯片中,面对用户的只是设置参数选择分析功能,后端设备只需接收分析结果或报警信息即可。其一般是采用基于DSP或专用ASIC嵌入式的架构,同时其图像处理或智能分析芯片也是专用的。海康威视研发工程师张勤锋先生表示:“基于硬件架构的智能分析其优势是触发速度快,响应及时,但由于算法规则有限,后续的升级颇为繁琐。”此外,基于硬件架构的智能分析还具备抗干扰能力强、安全性高的优势,由于其采用专用结构和嵌入式操作系统,其在稳定性上的表现也相当不错;而缺点则表现在可扩展性差,再者由于采用专用的硬件,其开发周期自然会变得相当漫长了。
    软件架构
    相对于硬件平台的搭建,软件平台的搭建则大为不同。软件平台的搭建是指前端标/高清摄像机将实时视频图像传输至后端视频分析服务器,完全由装载有视频分析软件的服务器再对传回的实时视频图像进行智能分析。此时前端摄像机只需不断发送实时视频图像即可。可见软件架构是由一台通用型的视频服务器+专业的智能分析软件组成。对此,宇视科技系统规划部副部长吴坚先生就表示:“基于软件架构的视频内容分析平台通常采用通用的处理器架构,其优点在于扩展性好,开发周期短,但其处理速度一般,优化空间有限,且其在安全性与稳定性上有较大的优化空间,比如容易出现死机现象及在资源的抢占上易受干扰等。”概括来说,软件架构其表现的优劣比较受制于通用服务器的硬件性能,幸好大多数用户都会选择高性能的工业型服务器;同时,其优势也明显,运算速度快、可选的智能分析规则丰富、可处理的路数多、可面对不同分析要求的摄像机等。
    正如吴坚先生所言,基于软件架构的视频内容分析由于采用软件的方式实现对视频内容的分析,所以其扩展性好;由于算法较丰富,后续的系统升级相当便捷,且可对不同点位、不同分析要求的摄像机进行智能分析,分析功能设置灵活。另外由于其采用通用的服务器,其开发周期很短,从而大大节省了时间和人力资源。但其缺点也很明显,相对硬件架构,其缺点是容易死机、出现异常状况的概率也要大些,而其在安全性的表现上也颇有值得提升的空间。
    强悍是怎样炼成的
    在对视频内容分析的功能作了一番大概的了解后,让我们回头再来对其原理作一番浅释。视频内容分析是建立在计算机对图形的分析处理的基础上,同时还充分利用了DSP、光电传感器、工业以太网和人工智能等领域的技术成果,也因此上述的任何一个环节都会对视频内容分析构成制约,而其最核心的部分是视频分析的智能算法,说到底,现在的所有智能分析厂家在该领域内的竞争便是在智能算法上的竞争。
    深圳英飞拓科技股份有限公司(以下简称英飞拓)产品经理王信表示:“国外技术在VCA上始终走在前列,国内厂家在近几年逐渐发力,并逐步缩短了技术上的差距,值得一提的是,视频内容分析与不同行业产品相结合会衍生出更多新的技术和产品,在引领技术和市场挖掘方面,目前个人认为国外公司仍走在我们前面。”尽管如此,国内的视频监控厂家在智能分析领域内依然取得了长足的进步,如科达、智诺、宇视、海康威视、大华股份及英飞拓等厂家皆具备自己独有的一套相对完善成熟的智能内容分析系统(VCA)解决方案。
    视频内容分析(VCA)的实现过程
    首先,前端摄像机拍摄的视频经过智能算法处理后,会形成一个稳定的输出画面,同时视频内容分析的算法会对背景进行深度学习,倘若长时间处于相对静止的状态,算法会将此时的画面作为背景进行记忆,在背景学习后,若画面中出现运动物或者与当初所记忆的背景状态相异时,视频内容分析算法会将其当成是意外事件进行相应的处理。视频内容分析算法同时还会对画面中的每个像素在前后一段时间内的变化作出分析,从而更准确地确定整个画面中相对静止的部分和相对发生变化的部分,视频内容分析算法会根据所有像素在一段时间内的变化规律,确定画面中属于背景和前景的部分,以此分析出视频内容的变化是否违反了既定的规则。通常意义上说,视频内容分析算法能处理的环境越复杂,其算法也就越先进。如目前一些比较强悍的算法能根据前景和背景的信息,准确地识别出静止或者移动的目标,而其目标的一些特征如形状、大小、速度、轨迹、颜色等信息都会被一一记录,在准确地识别出真正目标的行为的同时,其内置的核心算法还能排除各类背景干扰,比如树叶抖动、水面波浪、阴影变化等等。当然其他一些强大的功能如对画面亮度变化的滤除、3D校准以及输出稳定的视频等等也得到了有效的应用。
    应用为王
    目前视频内容分析的应用领域非常广泛,其对人工操作的替代性作用也愈发明显,这恰好赶上了我国人口老龄化的趋势,这当然不是巧合,人口老龄化也许是政策使然,但视频内容分析对人工操作的替代性却是科技发展的必然结果,笔者在此试举视频内容分析在交通以及购物中心上的一些应用来更加具体地说明视频内容分析的优势与特色。
    交通
    随着城市人口的增加,城市的车辆也伴随增长,而车辆增多则意味着对城市交通是一巨大考验,尽管相关部门可以把道路修得宽阔一点,再宽阔一点,但其宽阔的程度毕竟有限,承载不了城市人口增长所带来的交通压力。此时对交通资源的合理利用,提升交通运行效率便显得越发紧要。那么如何来提升交通运行效率呢?视频内容分析可助一臂之力。
    比如在一些车流量大的重要路段设置具备视频内容分析的摄像机,利用其内置的计数器功能对来往的车流进行统计,然后将这些数据通过网络发回至交通管理中心,这样交通管理中心便能对整个城市的车流运行状况有个大致的了解,同时依托警用地理信息系统,实时监测并协调组织区域内的各种交通流,更好地保证区域内道路网的交通负荷处于最佳状态,提升交通运行效率。从而有力地保证了城市交通运行的通畅。当然这只是视频内容分析在交通领域的一个具体应用,其他的应用还有很多,比如电警应用中的对车辆压线、逆行及闯红灯等等违规现象的检测,其技术也已比较成熟,应用也较广泛,在此不再详述。
    购物中心
    视频内容分析在购物中心的应用主要体现在防损与制定相关的销售策略上。
    对于购物中心来说,如何减少货品的损失,防止小偷入店行窃对购物中心的日常运营来说是非常重要的一个环节。那么如何降低小偷入店行窃,从而降低货品损耗呢?视频内容分析技术便是其解药之一。比如人脸识别功能,其是视频内容分析的重要功能之一,利用其人脸识别功能便能很好地降低购物中心的货品损耗。
    在购物中心人流量大的隐蔽位置安装具备视频内容分析的摄像机,对来往的人流面部进行记录,其记录的数据留存于视频内容分析后台的数据库中,当出现惯偷时,视频内容分析通过抓取其面部特征,然后与后台数据库黑名单中的惯偷面部特征记录进行比对,当确定其惯偷身份时,视频内容分析系统便会及时提醒购物中心安保人员采取相应措施。
    此外购物中心在制定相关的销售策略上也可依据视频内容分析的计数器功能的检测结果,比如在某一片划定的区域内设置几条检测线用于统计经过的人流量,人流量越多则表示该区域的销售潜力越大,此时可以将一些需要推销的产品摆置其间,从而更好地起到促销的作用,此法同时也可以用来判断某款商品是否畅销,比如将多种同类型不同品牌的商品置于其间,以其销量来判断其畅销度。
    “革命”尚未成功
    任何一种新技术的出现,不管其具备多么先进的性能,其局限性必然存在。就目前来看,视频内容分析的准确率依然不能尽如人意。对此,浙江大华技术股份有限公司产品经理满江月先生表示:“尽管当前处理器芯片的处理性能基本能满足产品的需求,但如果是面临一些比较复杂的环境应用,目前的算法还不能较好地完成分析工作。”
    由于视频内容分析主要来源于计算机视觉技术,因此计算机的相关技术对其形成了一种限制,比如当前端的摄像头采用200万,300万的高清画质时,接入路数不多时尚且能够承受,但当接入几十上百路时,其对网络的性能要求相当严苛,对交换机以及NVR、DVR以及智能分析服务器都会形成较大的压力,即使基于软件架构的智能算法,同样也不能尽如人意。目前使用的算法首先都是基于实验室的理想环境之下的图像规律而来的,尽管经过了实际环境的考验及反复的修正,然而安防视频监控所要面对的视频环境要复杂得多,在这些环境中,其图像往往变化率大,受灯光、气候、背景等环境因素干扰多,因此视频内容分析的准确率不能完全令人满意。那么如何提高视频内容分析的准确率?深圳英飞拓产品经理王信表示:“视频内容分析准确率的提升,关键在于对智能算法的优化,同时根据分析内容,提前了解现场环境状况,优化视频分析的配置参数”。王经理的表述简略轻松,但实际的算法优化难度是每一个研发人员心知肚明的。就目前形势来看,一些简单的应用或已达到理想的效果,但较大部分的视频内容分析应用还尚未达到完全可替代人工的程度,至少目前更多的只是对人工起着辅助的作用。
    结语
    科技的进步与发展必然是以人为本,就视频内容分析而言,其必然是未来监控行业的一种趋势,未来的视频内容分析在体现核心技术的算法上毫无疑问会更加成熟,准确率也会得到有效提升,同时结合“云计算”、“大数据”等技术,未来的一些对硬件要求高的复杂运算将会在云端得以完成,而其他的设备将仅仅作为一个沟通平台而存在,从而大大降低了对这些设备的性能需求。正如宇视系统规划部副部长吴坚先生所言:“随着视频监控市场规模的不断增长,整个市场对智能视频分析的认知都在不断提高,视频内容分析技术也将会在“智慧城市”、“国家应急体系”、“平安城市”、“科技强警”等重大工程项目中得以广泛应用。这些应用反过来也将大大推动专业视频分析技术厂家不断地完善核心技术,进一步提升和优化智能算法结构,在功能、应用和价格上更加注重用户的实际需求,以实现最佳的系统产品形式。”