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未來監控潮流趨勢:視頻內容智能分析
時間:2014-05-13 14:47來源:未知

未來監控潮流趨勢:視頻內容智能分析
未來幾十年,中國將面臨人口老齡化的巨大壓力,這意味著將來有效的勞動力人口會越來越少,因此效率便變得愈發緊要起來。如何有效地利用這些有限的勞動力來養活一大群人對未來的政府來說是一個嚴峻的挑戰,具體到監控行業,如何減輕對人工的依賴將是未來的一種趨勢與潮流,而視頻內容分析(VCA)生逢其時,正好迎合了這股潮流。

實現視頻內容的的智能分析是決勝未來的關鍵
    潮流引導下的新形態
    何為視頻智能分析系統?對此,杭州??低晹底旨夹g股份有限公司(以下簡稱??低?研發工程師張勤鋒先生表示:“所謂的視頻智能分析系統是指以數字視頻處理技術為核心,充分利用了DSP、光電傳感器、工業以太網和人工智能等領域的技術研究成果。視頻智能分析系統除具有傳統安防監控系統的功能以外,還具備復雜場景的晝夜監控、不間斷檢測、智能識別及預警入侵目標、自動異常檢測、視頻傳輸、后端回放、誤報率低等特殊的功能。”
    而視頻內容分析(VCA)作為智能網絡視頻監控系統(IVS)中的一個關鍵技術,嚴格來講,并非是這兩年才突然冒出來的,其誕生的過程經過了漫長的技術醞釀與演進,只是近幾年基于技術的不斷突破使其在實用性方面取得了質的飛躍,才得以越來越受重視,進而形成一種趨勢。
    目前,行業在視頻內容分析(VCA)的功能描述上是各說各話,并沒有形成一個統一的標準。盡管如此,但其大體意義上還是相似的。對此,浙江宇視科技有限公司(以下簡稱宇視)系統規劃部副部長吳堅表示:“目前VCA可實現的功能主要有行為類的周界入侵檢測、物品遺留與拿取檢測、交通事件與違章檢測、客流統計、移動偵測等;識別類的車牌識別、運動目標識別與跟蹤、人臉識別、交通流量統計以及目標特征提取與檢索等功能;診斷類的主要是針對視頻圖像出現的雪花、滾屏、模糊、偏色、增益失衡、云臺失控、畫面凍結等常見的攝像頭故障、視頻信號干擾、視頻質量下降等進行檢測報警。”
    硬件與軟件架構的搭建
    視頻智能分析系統從表現形態上可分為兩種,即基于硬件架構的智能分析系統與基于軟件架構的智能分析系統。
    硬件架構
    所謂硬件架構平臺,即硬件本身就固化了能實現視頻內容分析的功能,如帶有智能分析功能的網絡攝像機、智能硬盤錄像機、智能視頻服務器等等,將智能分析的規則或算法直接嵌入在網絡攝像機、硬盤錄像機、視頻服務器的芯片中,面對用戶的只是設置參數選擇分析功能,后端設備只需接收分析結果或報警信息即可。其一般是采用基于DSP或專用ASIC嵌入式的架構,同時其圖像處理或智能分析芯片也是專用的。??低曆邪l工程師張勤鋒先生表示:“基于硬件架構的智能分析其優勢是觸發速度快,響應及時,但由于算法規則有限,后續的升級頗為繁瑣。”此外,基于硬件架構的智能分析還具備抗干擾能力強、安全性高的優勢,由于其采用專用結構和嵌入式操作系統,其在穩定性上的表現也相當不錯;而缺點則表現在可擴展性差,再者由于采用專用的硬件,其開發周期自然會變得相當漫長了。
    軟件架構
    相對于硬件平臺的搭建,軟件平臺的搭建則大為不同。軟件平臺的搭建是指前端標/高清攝像機將實時視頻圖像傳輸至后端視頻分析服務器,完全由裝載有視頻分析軟件的服務器再對傳回的實時視頻圖像進行智能分析。此時前端攝像機只需不斷發送實時視頻圖像即可??梢娷浖軜嬍怯梢慌_通用型的視頻服務器+專業的智能分析軟件組成。對此,宇視科技系統規劃部副部長吳堅先生就表示:“基于軟件架構的視頻內容分析平臺通常采用通用的處理器架構,其優點在于擴展性好,開發周期短,但其處理速度一般,優化空間有限,且其在安全性與穩定性上有較大的優化空間,比如容易出現死機現象及在資源的搶占上易受干擾等。”概括來說,軟件架構其表現的優劣比較受制于通用服務器的硬件性能,幸好大多數用戶都會選擇高性能的工業型服務器;同時,其優勢也明顯,運算速度快、可選的智能分析規則豐富、可處理的路數多、可面對不同分析要求的攝像機等。
    正如吳堅先生所言,基于軟件架構的視頻內容分析由于采用軟件的方式實現對視頻內容的分析,所以其擴展性好;由于算法較豐富,后續的系統升級相當便捷,且可對不同點位、不同分析要求的攝像機進行智能分析,分析功能設置靈活。另外由于其采用通用的服務器,其開發周期很短,從而大大節省了時間和人力資源。但其缺點也很明顯,相對硬件架構,其缺點是容易死機、出現異常狀況的概率也要大些,而其在安全性的表現上也頗有值得提升的空間。
    強悍是怎樣煉成的
    在對視頻內容分析的功能作了一番大概的了解后,讓我們回頭再來對其原理作一番淺釋。視頻內容分析是建立在計算機對圖形的分析處理的基礎上,同時還充分利用了DSP、光電傳感器、工業以太網和人工智能等領域的技術成果,也因此上述的任何一個環節都會對視頻內容分析構成制約,而其最核心的部分是視頻分析的智能算法,說到底,現在的所有智能分析廠家在該領域內的競爭便是在智能算法上的競爭。
    深圳英飛拓科技股份有限公司(以下簡稱英飛拓)產品經理王信表示:“國外技術在VCA上始終走在前列,國內廠家在近幾年逐漸發力,并逐步縮短了技術上的差距,值得一提的是,視頻內容分析與不同行業產品相結合會衍生出更多新的技術和產品,在引領技術和市場挖掘方面,目前個人認為國外公司仍走在我們前面。”盡管如此,國內的視頻監控廠家在智能分析領域內依然取得了長足的進步,如科達、智諾、宇視、??低?、大華股份及英飛拓等廠家皆具備自己獨有的一套相對完善成熟的智能內容分析系統(VCA)解決方案。
    視頻內容分析(VCA)的實現過程
    首先,前端攝像機拍攝的視頻經過智能算法處理后,會形成一個穩定的輸出畫面,同時視頻內容分析的算法會對背景進行深度學習,倘若長時間處于相對靜止的狀態,算法會將此時的畫面作為背景進行記憶,在背景學習后,若畫面中出現運動物或者與當初所記憶的背景狀態相異時,視頻內容分析算法會將其當成是意外事件進行相應的處理。視頻內容分析算法同時還會對畫面中的每個像素在前后一段時間內的變化作出分析,從而更準確地確定整個畫面中相對靜止的部分和相對發生變化的部分,視頻內容分析算法會根據所有像素在一段時間內的變化規律,確定畫面中屬于背景和前景的部分,以此分析出視頻內容的變化是否違反了既定的規則。通常意義上說,視頻內容分析算法能處理的環境越復雜,其算法也就越先進。如目前一些比較強悍的算法能根據前景和背景的信息,準確地識別出靜止或者移動的目標,而其目標的一些特征如形狀、大小、速度、軌跡、顏色等信息都會被一一記錄,在準確地識別出真正目標的行為的同時,其內置的核心算法還能排除各類背景干擾,比如樹葉抖動、水面波浪、陰影變化等等。當然其他一些強大的功能如對畫面亮度變化的濾除、3D校準以及輸出穩定的視頻等等也得到了有效的應用。
    應用為王
    目前視頻內容分析的應用領域非常廣泛,其對人工操作的替代性作用也愈發明顯,這恰好趕上了我國人口老齡化的趨勢,這當然不是巧合,人口老齡化也許是政策使然,但視頻內容分析對人工操作的替代性卻是科技發展的必然結果,筆者在此試舉視頻內容分析在交通以及購物中心上的一些應用來更加具體地說明視頻內容分析的優勢與特色。
    交通
    隨著城市人口的增加,城市的車輛也伴隨增長,而車輛增多則意味著對城市交通是一巨大考驗,盡管相關部門可以把道路修得寬闊一點,再寬闊一點,但其寬闊的程度畢竟有限,承載不了城市人口增長所帶來的交通壓力。此時對交通資源的合理利用,提升交通運行效率便顯得越發緊要。那么如何來提升交通運行效率呢?視頻內容分析可助一臂之力。
    比如在一些車流量大的重要路段設置具備視頻內容分析的攝像機,利用其內置的計數器功能對來往的車流進行統計,然后將這些數據通過網絡發回至交通管理中心,這樣交通管理中心便能對整個城市的車流運行狀況有個大致的了解,同時依托警用地理信息系統,實時監測并協調組織區域內的各種交通流,更好地保證區域內道路網的交通負荷處于最佳狀態,提升交通運行效率。從而有力地保證了城市交通運行的通暢。當然這只是視頻內容分析在交通領域的一個具體應用,其他的應用還有很多,比如電警應用中的對車輛壓線、逆行及闖紅燈等等違規現象的檢測,其技術也已比較成熟,應用也較廣泛,在此不再詳述。
    購物中心
    視頻內容分析在購物中心的應用主要體現在防損與制定相關的銷售策略上。
    對于購物中心來說,如何減少貨品的損失,防止小偷入店行竊對購物中心的日常運營來說是非常重要的一個環節。那么如何降低小偷入店行竊,從而降低貨品損耗呢?視頻內容分析技術便是其解藥之一。比如人臉識別功能,其是視頻內容分析的重要功能之一,利用其人臉識別功能便能很好地降低購物中心的貨品損耗。
    在購物中心人流量大的隱蔽位置安裝具備視頻內容分析的攝像機,對來往的人流面部進行記錄,其記錄的數據留存于視頻內容分析后臺的數據庫中,當出現慣偷時,視頻內容分析通過抓取其面部特征,然后與后臺數據庫黑名單中的慣偷面部特征記錄進行比對,當確定其慣偷身份時,視頻內容分析系統便會及時提醒購物中心安保人員采取相應措施。
    此外購物中心在制定相關的銷售策略上也可依據視頻內容分析的計數器功能的檢測結果,比如在某一片劃定的區域內設置幾條檢測線用于統計經過的人流量,人流量越多則表示該區域的銷售潛力越大,此時可以將一些需要推銷的產品擺置其間,從而更好地起到促銷的作用,此法同時也可以用來判斷某款商品是否暢銷,比如將多種同類型不同品牌的商品置于其間,以其銷量來判斷其暢銷度。
    “革命”尚未成功
    任何一種新技術的出現,不管其具備多么先進的性能,其局限性必然存在。就目前來看,視頻內容分析的準確率依然不能盡如人意。對此,浙江大華技術股份有限公司產品經理滿江月先生表示:“盡管當前處理器芯片的處理性能基本能滿足產品的需求,但如果是面臨一些比較復雜的環境應用,目前的算法還不能較好地完成分析工作。”
    由于視頻內容分析主要來源于計算機視覺技術,因此計算機的相關技術對其形成了一種限制,比如當前端的攝像頭采用200萬,300萬的高清畫質時,接入路數不多時尚且能夠承受,但當接入幾十上百路時,其對網絡的性能要求相當嚴苛,對交換機以及NVR、DVR以及智能分析服務器都會形成較大的壓力,即使基于軟件架構的智能算法,同樣也不能盡如人意。目前使用的算法首先都是基于實驗室的理想環境之下的圖像規律而來的,盡管經過了實際環境的考驗及反復的修正,然而安防視頻監控所要面對的視頻環境要復雜得多,在這些環境中,其圖像往往變化率大,受燈光、氣候、背景等環境因素干擾多,因此視頻內容分析的準確率不能完全令人滿意。那么如何提高視頻內容分析的準確率?深圳英飛拓產品經理王信表示:“視頻內容分析準確率的提升,關鍵在于對智能算法的優化,同時根據分析內容,提前了解現場環境狀況,優化視頻分析的配置參數”。王經理的表述簡略輕松,但實際的算法優化難度是每一個研發人員心知肚明的。就目前形勢來看,一些簡單的應用或已達到理想的效果,但較大部分的視頻內容分析應用還尚未達到完全可替代人工的程度,至少目前更多的只是對人工起著輔助的作用。
    結語
    科技的進步與發展必然是以人為本,就視頻內容分析而言,其必然是未來監控行業的一種趨勢,未來的視頻內容分析在體現核心技術的算法上毫無疑問會更加成熟,準確率也會得到有效提升,同時結合“云計算”、“大數據”等技術,未來的一些對硬件要求高的復雜運算將會在云端得以完成,而其他的設備將僅僅作為一個溝通平臺而存在,從而大大降低了對這些設備的性能需求。正如宇視系統規劃部副部長吳堅先生所言:“隨著視頻監控市場規模的不斷增長,整個市場對智能視頻分析的認知都在不斷提高,視頻內容分析技術也將會在“智慧城市”、“國家應急體系”、“平安城市”、“科技強警”等重大工程項目中得以廣泛應用。這些應用反過來也將大大推動專業視頻分析技術廠家不斷地完善核心技術,進一步提升和優化智能算法結構,在功能、應用和價格上更加注重用戶的實際需求,以實現最佳的系統產品形式。”
 

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