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    兩種架構方式智能監控技術比較和應用分析

    發布時間:2013-02-28

                                                ——摘自中國安防網

         一個產業里的技術,只有在滿足人們所需求或為其增加效益才能得到迅速的發展與應用,并為產業鏈的技術變革提供可能。隨著計算機、網絡、信息與通信、音視頻編解碼、流媒體等技術的日趨成熟與完善,同時在中國安防市場巨大需求推動下,視頻監控正在向著高清化、網絡化和智能化的方向發展。視頻監控由目視發現轉變為自動控制是技術上質的飛躍,也是市場應用的必然,智能監控技術便是在這樣的需求與應用環境下,順勢而生,與此同時,在行業遍地高清之后,智能化將起航,乘高清風暴,迎來廣闊的市場應用。

    兩種架構方式智能監控技術比較
    什么是智能監控技術,簡單而言它是一種源自計算機視覺的技術,是人工智能研究的一個分支,它在圖像及圖像描述之間建立映射關系,從而使計算機能夠通過數字圖像處理分析來理解視頻畫面中的內容。用戶可以根據分析模塊,通過在場景中預設不同的非法規則,一旦目標在場景中出現了違反預定義規則的行為,系統會自動發出告警信息,并觸發聯動相關的設備一種尖端監控技術。
    有人說,智能監控技術使機械般的安全防范方式具備人類大腦的功能,它目前有兩種架構方式,即前端嵌入式視頻分析和后端純軟件視頻分析,兩者各有優缺點。嵌入式視頻分析可以在前端直接對視頻信息進行處理,減少了視頻信息上傳的網絡帶寬壓力,并且安裝簡單易于系統集成。同時還可以支持前端存儲,無需進行圖像的遠程傳輸,并因此可以對圖像進行高質量的前端存儲,如果用戶需要獲得圖像信息,則可以通過分布式事件搜索完成,并通過點播獲得高質量現場畫面。更重要的一點是,前端嵌入式智能分析讓每個獨立的分析單元可以成為單獨的智能監控單元,即使整個系統的網絡都癱瘓了,這些獨立的前端單元還可以繼續獨立工作、進行存儲和報警,避開了系統網絡通信癱瘓所帶來的監控癱瘓的風險。但是這種架構開發復雜,靈活性差,擴容與升級比較困難;
    而后端純軟件視頻分析是在視頻監控系統的后端,往往將智能視頻分析功能嵌入在平臺軟件上,由專門的視頻處理服務器來實現的。這種模式產品智能功能比較強大,并且容易擴容,但是它需要視頻監控系統前端將所有的視頻信息都上傳到服務器,這對網絡帶寬的壓力是非常大的。此外,要在后端進行智能視頻分析就必須對前端傳來的圖像進行解壓再分析,這個過程占用了大量平臺軟件終端設備的資源,實際上并沒有降低成本,反而使得作為觀看與瀏覽圖像的平臺軟件運行終端運行效率大幅下降,甚至無法支持很多路的視頻解壓和顯示。也因為如此,從圖像處理質量、智能分析的效率、實時性以及性價比上看,在后端進行大規模的智能視頻分析從目前安防產業的技術成熟度來說有些不合理,并且視頻內容搜索時無法實現大規模場景下的視頻事件搜索,這和前端分布式存儲與搜索的理念是無法比擬的。因此后端智能分析的模式,只有在智能分析視頻路數較少、存儲和搜索規模要求不高的應用環境下才適合。
    因此,目前,前端嵌入式視頻分析架構方式占據一定的優勢,因為嵌入式視頻分析軟件同樣可以完成包括目標檢測、跟蹤、分類及規則定義等所有功能,并且選擇嵌入式視頻分析架構能將現有的傳統視頻監控系統升級為智能視頻監控系統,是一種成本低且易于改造的方案。而后端智能監控軟件的核心是由各種算法組成的,不同的算法應用在不同的場景之中,比如面部識別算法、車牌識別算法、超分辨率圖像增強算法及去霧算法等,而且各種應用場景的需求會隨著具體環境的改變而改變。這表明,智能視頻軟件開發的難點在于投入應用后,面臨著根據實際情況的改變而設置參數的情形,這就需要智能視頻分析系統具有開放度高、兼容性好及操作方便等特性。
    智能監控技術優勢與發展困境
    現代社會是一個人口密集、高度復雜的社會,人類的活動范圍越來越大,面臨的突發事件和異常事件越來越復雜,監控的難度和重要性也越來越突出。由于人工本身固有的不足,人力越來越難以勝任分析和理解采集到數量驚人的視頻數據。因此,目前世界各國政府和學者,一直在密切關注新一代的監控技術--智能監控技術。它和以往的監控技術有本質的區別,其主要特征是采用計算機視覺的方法,在幾乎不需要人為干預的情況下,通過對攝像機拍錄的圖像序列進行自動分析來對動態場景中的目標進行定位、識別和跟蹤,并在此基礎上分析和判斷目標的行為,從而做到既能完成日常管理又能在異常情況發生的時候及時做出反應。更形象地說,這種技術最大特點是使過去的目視發現監控演進到一種全自動化控制監控,其優勢也較為明顯:
    群體行為分析:包含對人群、車流等目標的正常行為和異常行為分析。能夠對場景中群體的正常行為進行分析,如統計穿越出入口或指定區域人或車的數量、高速公路交通流量,識別人群的整體運動特征,包括速度、方向等;也能夠對場景中群體的異常行為進行分析和判斷,如檢測、分類、跟蹤和記錄過往行人、車輛及其他可疑物體,判斷公路上是否有車輛非法?、是否有故障車輛,是否有行人及車輛在禁區內發生長時間徘徊、停留、逆行等行為,檢測公共場所是否有人員的集聚、奔跑、斗毆等異常行為。
    入侵檢測和運動目標跟蹤:對非正常進入監視區域的可疑目標及時檢測,能夠識別單個或多個目標的運動情況(如運動方向、運動速度等)。在檢測到可疑目標后,發送控制指令使攝像機自動跟蹤目標,在物體超出該攝像機監控范圍之后,自動通知鄰近的攝像機協同工作,繼續進行跟蹤并發出報警信號。
    有效擴展視頻資源的用途:將視頻資源應用到非安全領域,如利用商場大堂的監視系統自動識別VIP用戶的特征,并通知客服人員及時做好服務工作,發現人群中有人不慎跌倒時,及時通知附近的商場工作人員提供幫助。此外,智能監控技術還可以幫助零售店的老板統計當天光顧的客戶數量,用以分析銷售情況等等。
    滯留物和搬移物報警:當場景中(如候機室、會議室等)某一物體(比如包裹、手提箱等)在敏感區域停留的時間過長,或原場景中存在的物體(如手提電腦、貴重儀表)被無故搬移時,系統就發出報警信號,同時自動在前面的視頻畫面中查找放置滯留物或搬走原有物品的可疑人。
    對攝像機保護:負責安全防范的攝像機,首先要有自我保護功能,這是首要任務,如果攝像機得不到保護,其它的一切都免談。因此對攝像機被遮擋、被移動、模糊等情況智能監控技術能及時自動轉移、報警并通知維護人員。
    降低人力成本:實際操作過程中,使用智能監控技術可以大大降低所需的操作人員數目。有了該技術的支持,可以減少監控員盯著監視器什么都不能做的時間,可以把他們解放出來,把精力集中到存在潛在威脅的時間段,而不是僅僅盯著監視器。
    智能監控技術源自美國、以色列等發達國家。“911”事件之后,安防產業在全世界范圍迅速崛起,視頻監控逐漸由軍用領域轉向民用領域,智能監控技術曾“偶露頭角”,這些年已過去,智能監控技術在贏得了關注目光和研發人氣時,卻沒有獲得較大的市場應用,究其原因,在于:
    首先,智能監控技術沒有統一的標準。怎樣的算是智能的?怎樣的又不是智能的?目前我國的智能監控行業欠缺一個標準化的概念,各廠商對智能化的定義出入較大,有的廠家認為系統具備了智能化分析能力的產品就算是智能技術的應用,可能其他廠家則認為“某種智能監控技術”太過簡單,甚至根本稱不上智能化。例如,有些系統只是簡單地完成了一些運動檢測工作,并不能從根本上實現自動分析并提取有威脅信息的功能;而一些系統雖然可以滿足復雜的模式識別、目標跟蹤等功能,但是在多變的實際應用環境中的工作狀況卻并不理想,很多功能形同虛設。所以,行業內應該規定一個統一的標準,對智能化的概念做出明確的定義。這樣有利于產業的規范,也同時達到了教育客戶的目的,使用戶能夠更清楚地了解智能監控技術的應用。
    其次是智能監控技術的市場認知與需求定位還需一個過程。目前,智能監控技術在產品中所展現的功能與客戶的需求相差有一段距離,客戶往往過高地估計了智能化系統所能提供的便利功能;同時智能監控技術的有效工作需要較高端的配套設備,甚至對設備的安裝也有嚴格的要求,而很多工程商在這方面仍處在學習的階段,這也同樣造成智能監控技術推廣的難度。此外,產品的價格仍然十分昂貴,這就造成了用戶覺得自己的投入和得到的產品效果不成正比。
    第三是智能監控技術的準確率問題。智能監控技術的準確與否取決于視頻源的質量,目前高清監控沒有普及,視頻源的質量也就不能完全保證。
    第四,智能視頻監控的技術開發是永無止境的,不同應用環境對智能監控技術的要求也就不同,新生的智能監控技術在與傳統的監控技術還有市場博弈的一個過程。
    智能監控技術發展遇到一些困境有自身的原因也有客觀原因,但是智能監控技術的前景還是很光明的,保守估計2013年中國智能監控市場將會達到100億元,這塊誘人的“蛋糕”,誰人不想。
    智能監控技術應用
    帶有智能監控技術的產品目前已經在高端安防監控市場有了多年的應用。在機場、監獄、軍事基地和其他大型基礎設施的監控中均有成功案例。在重要基礎設施市場中,智能監控技術中最常用的功能就是“入侵探測”。大型基礎設施,例如,機場,它的周界太過分散,一個人或者多個人都無法完全監控到所有周界。這種情況下,帶有視頻分析功能的攝像機/視頻編碼器就可以充分展示它的才能了,它能夠自動探測在某些特定場所或特定時間內進入或離開某一區域的可疑物體。近年來,智能監控技術得到了迅速發展并正在慢慢滲透到各個行業中,它的廣泛應用只是時間問題。智能監控技術的應用大體上可以分為安全相關應用和非安全相關應用兩大類。安全類相關的應用是目前市場上智能監控技術最主流的應用領域。這些應用主要是協助政府或其他機構的安全部門提高室外大地域公共環境的安全防護。主要包括:高級視頻移動偵測、物體追蹤、人物面部識別、車輛識別和非法滯留等。非安全的應用主要面向零售、服務等行業,可以被看作管理和服務的輔助工具,用以提高服務水平和營業額。此類應用主要包括:人數統計、人群控制、注意力控制和交通流量控制等,以下舉幾個智能監控技術應用的實例。
    機場安檢
    機場安全防范體系通常由多套系統組成,他們功能各異,用途不同,也往往來自不同廠家。因此,一套強大的綜合管理系統能將各種安防系統集中控制與管理,將會發揮他們的最大優勢,取長補短,才能做到安全防范系統的效益最大化,效益大大超過他們單一功能的總和,達到“1+1>2”的目的。機場其地域大、飛行區大、候機樓大、客貨流動量大、飛機起降量大,尤其對于一個大型國際航空樞紐機場來說,如果僅僅只靠人來管理,其空防安全和地面安全運行會因各種各樣的人為因素而顧此失彼大受影響,也包括非法入侵者和犯罪分子的作案技能隨著科學技術的發展而提高的因素,這樣會因重復管理而造成人力、物力的重復浪費,還防不勝防。因此,機場安全防范只能采用智能監控技術,充分發揮技術防范智能化的優勢,努力把不安全因素盡可能早的消滅在萌芽狀態,以彌補人的不足。
    交通監控
    根據現在交通監控的實際需要,一般都會在交通路口、車站、商業區、高速公路收費口等重點部位安裝可控攝像機或固定攝像機。而且很多地方原來已有模擬監控系統,采用視頻電纜或光纜傳輸視頻信號,在分中心采用模擬矩陣系統進行監控,利用智能交通監控控制系統,可以方便地實現網絡平臺的全網視頻監控,及時準確地掌握所監視路口、路段周圍的車輛、行人的流量、交通治安情況等,為指揮人員提供迅速直觀的信息從而對交通事故和交通堵塞作出準確判斷并及時響應。
    如何擴大智能監控技術應用
    從市場的需求情況來看,對智能監控技術的需求量處于不斷上升的過程當中。從我國的智能監控技術應用市場正在從“概念驗證”階段向“規模應用”階段轉化。那么,智能監控技術如果要想較快發展進入大規模應用的階段,必須要解決以下三大問題:
    提出行業化智能技術應用解決方案
    行業化解決方案是實現智能視頻分析功能“標準化”的唯一途徑。經過在整個監控領域對智能化技術做標準化是不現實的,但在眾多重要而專業的領域中經過不斷實踐、提煉和深度研發,在該行業內部形成具有行業共識的“標準功能模塊”是可行的,有利于將智能視頻在該領域推向大規模應用。
    解決智能化的平臺軟件問題
    傳統的平臺軟件無法操作智能設備,這是因為有幾個重要的原因:1、智能視頻分析系統與傳統系統在報警信號的來源上有非常大的差異,前者來自視頻內容本身的分析,而后者需要來自其它的傳感器,如紅外探頭等。如何從視頻內容中獲得、處理、傳遞、存儲、搜索以及視覺表達這些報警信息是智能系統必須要解決的問題,而傳統的平臺軟件顯然無法直接兼容性地解決這些問題。2、做智能研發的公司往往規模比較小而鮮有參與大型行業工程實踐的經驗和機會,難以有研發并完善平臺軟件的機會。而做平臺軟件的公司往往經過多年工程項目的積累,在傳統的平臺軟件上已經做得很成熟,但是這些工程性的公司卻缺少了智能核心技術。因此無法直接在自己的平臺軟件上添加對智能設備的控制,或者無法在平臺軟件后臺進行直接的智能化處理,即使一定程度上可以在后臺軟件做一些基本的智能處理功能,也無法進行大規模的智能功能部署,因為后端的智能處理方式需要把前端圖像通過數字化傳輸回來之后,經過數字圖像的解壓縮、智能處理、再壓縮和存儲的過程,非常消耗計算資源,因此實際上無法進行大容量的智能視頻分析部署。由此可見,智能化的平臺軟件必須要獲得解決。
    行業化智能技術深度研發
    行業應用過程中,不斷涌現新的智能視頻分析需求,這些需求和行業的應用緊密相關,未來的智能絕對不是簡單的入侵報警、絆線檢測之類的基本智能分析,例如,可靠的人類行為分析、社會公眾事件的識別、跨越場景的跟蹤以及360度全景拼接技術等都成為智能技術深度研發的典范,深度研發的需求從本質上要求智能系統可以做到人眼和大腦協同工作相類似的效果;在地鐵的智能應用中,分析扶手電梯的運動方向、模糊估計人流堵塞程度以及在大型人臉數據庫中做人臉的搜索識別等將成為主流需求。因此行業化的智能技術深度研發將是智能技術獲得行業推廣和廣泛應用必須要完成的艱巨任務。
    結束語
    智能化、高清化、網絡化是視頻監控發展的必然趨勢,智能監控技術的出現正是智能化這一趨勢的直接體現。目前智能監控技術炙手可熱,但不同行業的個性化需求差異,對智能監控技術提出了非常高的要求。每個行業客戶、甚至每一個項目的具體應用環境,對智能監控技術的要求都有著細微的差別。為了推廣這一技術來促進中國安防產業的升級和發展,達到多方共贏效果,需要將監控設備硬件供應商、智能視頻技術供應商、分銷商和經銷商和系統集成商所有這些參與者合理的組織起來,使他們能夠充分發揮各自的優勢,創造出能夠滿足最終用戶需求的全面解決方案。這對于企業還是一個行業來說,都是利好消息!
         


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