智能視頻產(chǎn)品與應(yīng)用－事件檢測(cè)與行為分析

    隨著近年來(lái)視頻監(jiān)控的迅速發(fā)展，攝像頭數(shù)量的快速增多，大量的視頻數(shù)據(jù)給實(shí)時(shí)監(jiān)視報(bào)警和視頻數(shù)據(jù)的有效使用帶來(lái)了挑戰(zhàn)。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)常有幾十路甚至上千路視頻和相應(yīng)的數(shù)字錄像數(shù)據(jù)。操作人員通過(guò)觀測(cè)每一路視頻從而發(fā)現(xiàn)報(bào)警事件變得非常困難。此外在事后分析報(bào)警事件時(shí)，需要操作人員及時(shí)找出相關(guān)錄像；而傳統(tǒng)視頻監(jiān)控缺乏對(duì)視頻的智能分析，錄像數(shù)據(jù)無(wú)法被有效地檢索，只能根據(jù)大致的的時(shí)間段來(lái)人工查找，導(dǎo)致視頻數(shù)據(jù)分析工作消耗大量的工作時(shí)間。解決以上問(wèn)題的一個(gè)有效方法是對(duì)視頻進(jìn)行自動(dòng)智能分析。對(duì)視頻中出現(xiàn)的用戶感興趣的事件進(jìn)行實(shí)時(shí)提取和記錄，從而達(dá)到及時(shí)報(bào)警并利用存儲(chǔ)的事件信息來(lái)有效地檢索視頻數(shù)據(jù)。

    事件檢測(cè)與行為分析系統(tǒng)是一種先進(jìn)的智能視頻分析系統(tǒng)。能夠?qū)σ曨l進(jìn)行周界監(jiān)測(cè)與異常行為分析，可應(yīng)用于各種公共場(chǎng)所包括機(jī)場(chǎng)、車站、港口、建筑物周圍、街道、小區(qū)、及其他場(chǎng)所，用于檢測(cè)、分類、跟蹤和記錄過(guò)往行人、車輛及其它可疑物體，能夠判斷是否有行人及車輛在禁區(qū)內(nèi)發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間徘徊、停留、逆行等行為，此外檢測(cè)人員奔跑、打斗等異常行為。

    事件檢測(cè)與行為分析系統(tǒng)一般能同時(shí)監(jiān)測(cè)同一場(chǎng)景里多個(gè)目標(biāo)的不同行為，可以根據(jù)防范目標(biāo)的特點(diǎn)進(jìn)行靈活設(shè)置，包括運(yùn)動(dòng)物體的種類和大��；系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的環(huán)境變化，包括光照、四季、晝夜、晴雨等，并能夠很好地抗攝像頭抖動(dòng)。

事件檢測(cè)與行為分析系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下主要功能:

非法闖入禁區(qū)： 能夠檢測(cè)是否有行人或車輛進(jìn)入預(yù)定區(qū)域，用戶可靈活調(diào)節(jié)靈敏度。比較先進(jìn)的系統(tǒng)可以有效地檢測(cè)到不少于 10 個(gè)像素的目標(biāo)；（如圖 1 ： 1、 2 ）

非法逆行： 當(dāng)行人和車輛在指定區(qū)域內(nèi)逆向運(yùn)動(dòng)時(shí)，記錄并發(fā)出報(bào)警；（如圖 1 ： 3 ）

異常奔跑： 測(cè)試是否有可以人物在指定區(qū)域內(nèi)快速運(yùn)動(dòng)；（如圖 1 ：4 ）

打架： 檢測(cè)是否有打假斗毆事件；（如圖 1 ： 5 ）

動(dòng)態(tài)圖像放大： 能控制云臺(tái)攝像機(jī)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行放大抓拍，并生成高清晰度圖片。（如圖 1 ：6 ）

識(shí)別與分類： 對(duì)視頻中的行人、車輛及其它目標(biāo)物進(jìn)行分類；（如圖 1 ： 7 ）

敏感區(qū)域滯留： 檢測(cè)是否有可疑人物或車輛在指定的區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間徘徊或停留，當(dāng)滯留時(shí)間超過(guò)預(yù)設(shè)值，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警；（如圖 1 ： 8）

門禁尾隨監(jiān)測(cè)： 檢測(cè)是否有人尾隨通過(guò)門禁，發(fā)現(xiàn)即刻報(bào)警；（如圖 1 ：9）

聚眾： 檢測(cè)群體聚集、滯留（如圖 1 ：10 ）

物品遺留： 當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)物品遺留現(xiàn)象，即刻報(bào)警（如圖 1 ：11)

驟變： 當(dāng)視頻圖像發(fā)生巨大變化 ( 如攝像頭被遮擋和大幅度移動(dòng) ) 時(shí)系統(tǒng)報(bào)警（如圖 1 ： 12、13)

二． 事件檢測(cè)與行為分析系統(tǒng)產(chǎn)品形態(tài)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

事件檢測(cè)與行為分析系統(tǒng)融合視頻處理、圖像處理、模式識(shí)別以及人工智能等多個(gè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)。目前主要的產(chǎn)品形式為后端中心處理方式和前端處理方式。

后端中心處理方式使用高性能智能視頻服務(wù)器進(jìn)行視頻分析。智能分析服務(wù)器一般通過(guò)軟解碼方式，解壓數(shù)字視頻流，然后進(jìn)行事件檢測(cè)與行為分析運(yùn)算。中心處理器可整合到第三方視頻監(jiān)控平臺(tái)中，與主流視頻監(jiān)控平臺(tái)無(wú)縫銜接。事件分析結(jié)果和相關(guān)參數(shù)設(shè)置同樣通過(guò)智能視頻傳輸協(xié)議與視頻監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行通訊。中心處理方式的系統(tǒng)每個(gè)服務(wù)器一般可以同時(shí)處理8路至16路視頻。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖 2 事件檢測(cè)系統(tǒng)-后端中心系統(tǒng)拓?fù)鋱D

圖 3 事件檢測(cè)系統(tǒng)-前端處理系統(tǒng)拓?fù)鋱D

三． 事件檢測(cè)與行為分析系統(tǒng)技術(shù)原理與評(píng)測(cè)

3.1周界檢測(cè)

技術(shù)原理

前景物體檢測(cè)技術(shù)的主要應(yīng)用。該技術(shù)以固定攝像頭監(jiān)控用戶所關(guān)心的區(qū)域，建立背景模型，過(guò)濾出前景物體并確定物體的運(yùn)動(dòng)路線。基于前景物體的運(yùn)動(dòng)路線實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的行為判別。該技術(shù)的典型應(yīng)用包括以下4類。

區(qū)域進(jìn)出：用戶在監(jiān)控場(chǎng)景內(nèi)定義一個(gè)多邊形區(qū)域，當(dāng)有物體進(jìn)入、離開(kāi)即觸發(fā)報(bào)警事件。

區(qū)域滯留：用戶在監(jiān)控場(chǎng)景內(nèi)定義一個(gè)多邊形區(qū)域，當(dāng)有物體在區(qū)域內(nèi)滯留時(shí)間超過(guò)規(guī)定閾值即觸發(fā)報(bào)警事件。

絆線：用戶在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)定義一條線段。當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)路線跨越該線段，即觸發(fā)報(bào)警事件。

有向絆線：用戶在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)定義一條線段。當(dāng)物體沿指定方向跨越該線段，即觸發(fā)報(bào)警事件。

應(yīng)用前提

攝像頭需要固定，只在改變監(jiān)測(cè)場(chǎng)景時(shí)才移動(dòng)攝像頭，否則無(wú)法建立穩(wěn)定的背景模型；適用于空曠場(chǎng)景，如邊防線，廠區(qū)周邊等環(huán)境，一方面可獲得較大的視野，另一方面該技術(shù)不適用于前景物體擁擠的情況，這時(shí)場(chǎng)景下不同物體的前景由于相互粘連無(wú)法區(qū)分，基于前景而得到的運(yùn)動(dòng)路線也同時(shí)失效。

在常規(guī)測(cè)試識(shí)別率、誤警率和漏報(bào)率外，應(yīng)考察以下針對(duì)性測(cè)試的結(jié)果。

參考測(cè)試環(huán)境：

抖動(dòng)：戶外攝像頭可能由于各類原因發(fā)生偶然或周期性的抖動(dòng)，由于該技術(shù)一般要求相機(jī)固定，因此需要測(cè)試在輕微抖動(dòng)環(huán)境下的技術(shù)指標(biāo)，考察系統(tǒng)性能指標(biāo)的穩(wěn)定性。

無(wú)關(guān)物體：測(cè)試環(huán)境中出現(xiàn)概率較高的如樹(shù)葉抖動(dòng)，花草搖動(dòng)，云影等干擾物體出現(xiàn)時(shí)的誤報(bào)情況。

天氣：該系統(tǒng)的一般定位是全天候工作的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，在下雨、霧、雪天氣下測(cè)試上述技術(shù)指標(biāo)。

光照：戶外環(huán)境或室內(nèi)光照變化明顯的環(huán)境，應(yīng)進(jìn)行24小時(shí)測(cè)試，獲得上述三個(gè)技術(shù)指標(biāo)判斷系統(tǒng)對(duì)光照變化的適應(yīng)能力.

參考指標(biāo)： 識(shí)別率>80%, 誤警率<20%

3.2 動(dòng)態(tài)跟蹤

技術(shù)原理

該技術(shù)的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)于指定目標(biāo)物體的近距離持續(xù)跟蹤。目標(biāo)物體的指定在全景攝像頭的場(chǎng)景內(nèi)完成，在非空曠場(chǎng)景一般由操作人員指定，對(duì)于邊防線等空曠場(chǎng)景可由計(jì)算機(jī)自行選擇。跟蹤過(guò)程可分為鎖定目標(biāo)和持續(xù)跟蹤兩個(gè)階段，跟蹤攝像頭和全景攝像頭在物理上可以是同一個(gè)，主要取決于具體應(yīng)用的需求和產(chǎn)品自身的水準(zhǔn)。

在鎖定目標(biāo)階段有兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，一種是基于特征模式分析的跟蹤，例如以RGB圖像進(jìn)行模版匹配，由于攝像頭逐漸拉近，物體的位置和大小同時(shí)發(fā)生變化，這時(shí)的鎖定速度越高，則物體從視野中丟失的風(fēng)險(xiǎn)也越大，對(duì)于目標(biāo)的速度大小及方差沒(méi)有先驗(yàn)的情況下，一旦目標(biāo)丟失重新鎖定的代價(jià)很大，而相比之下鎖定速度慢的代價(jià)則要小的多，特別對(duì)于軍政機(jī)關(guān)方面的敏感應(yīng)用，應(yīng)首先確保不丟失目標(biāo)，其次考慮鎖定耗時(shí)。另一種是通過(guò)標(biāo)定場(chǎng)景三維信息實(shí)現(xiàn)，鎖定的速度可以有明顯的提高，但標(biāo)定過(guò)程比較繁復(fù)，且全景攝像頭一旦改變角度，一般需用標(biāo)定，維護(hù)的代價(jià)較大。

由于動(dòng)態(tài)跟蹤的應(yīng)用帶有較明顯的敵我對(duì)抗性，在持續(xù)跟蹤階段，技術(shù)上必須對(duì)于目標(biāo)物體改變運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度、暫時(shí)被遮蔽甚至故意躲入障礙物有一定的適應(yīng)能力。另一方面跟蹤攝像頭自身的動(dòng)態(tài)性能也直接影響跟蹤的穩(wěn)定性，這里的動(dòng)態(tài)性能主要包括攝像頭機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制部分的時(shí)間常數(shù)、信令傳輸?shù)难舆t以及控制協(xié)議解析機(jī)制的合理性。

應(yīng)用前提

避免在擁擠場(chǎng)景下使用該技術(shù)，場(chǎng)景擁擠程度越高，該技術(shù)的實(shí)用性也隨之下降。特別是采用多個(gè)跟蹤攝像頭接力的系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用場(chǎng)景下，其系統(tǒng)整體的跟蹤穩(wěn)定性尤其需要通過(guò)實(shí)際測(cè)試加以驗(yàn)證。

攝像頭安裝盡量避免產(chǎn)生目標(biāo)物體與周圍運(yùn)動(dòng)物體持續(xù)嚴(yán)重遮擋的情況。

評(píng)價(jià)方法

除常規(guī)測(cè)試外，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用需求選擇以下針對(duì)性測(cè)試：

鎖定測(cè)試：?jiǎn)为?dú)測(cè)試鎖定目標(biāo)這個(gè)階段的成功率。

靜止測(cè)試：目標(biāo)長(zhǎng)時(shí)間靜止，考察系統(tǒng)自身穩(wěn)定性。

變速測(cè)試：在持續(xù)跟蹤階段，目標(biāo)突然停住、改變方向或改變速度。

遮蔽測(cè)試：目標(biāo)周期性被行道樹(shù)或電線桿遮蔽，或目標(biāo)蓄意躲入障礙物。

疑似目標(biāo)測(cè)試：目標(biāo)與其他運(yùn)動(dòng)物體相遇，或在目標(biāo)被暫時(shí)遮蔽時(shí)，周圍出現(xiàn)其他運(yùn)動(dòng)物體。

3.3 逆行檢測(cè)

技術(shù)原理
該技術(shù)用于出入口檢測(cè)逆向進(jìn)出的人或物體。主要的技術(shù)特點(diǎn)在于根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)模式來(lái)探測(cè)物體的逆行，在擁擠場(chǎng)景下仍然適用。

應(yīng)用前提

攝像頭安裝角度盡量減輕人或物體之間的遮擋。建議俯視角度在45度~90度之間，攝像頭視線應(yīng)基本與人流方向一致，水平偏角在正負(fù)30%之內(nèi)。

評(píng)價(jià)方法

除（基本部分）敘述的測(cè)試方式外，可附加下列針對(duì)性測(cè)試：
 擁擠場(chǎng)景針對(duì)性測(cè)試: 以人行出入口為例，假設(shè)出入口水平方向可容納N個(gè)人，可令2N~4N的人以較自然的方式結(jié)隊(duì)通過(guò)，同時(shí)安排一人從相反方向進(jìn)入，主要檢測(cè)系統(tǒng)的漏報(bào)率。

短暫／局部行為針對(duì)性測(cè)試: 安排一人在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)以身體的部分（如手臂、上身等）作相反方向的運(yùn)動(dòng)，或作短暫的后退動(dòng)作（可根據(jù)應(yīng)用需要），主要檢測(cè)系統(tǒng)的誤報(bào)率。

參考指標(biāo)： 識(shí)別率>80%, 誤報(bào)率<20%

3.4 行人異常行為

技術(shù)原理

該技術(shù)用于檢測(cè)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)疑似搶劫或犯罪后逃竄的高危行為。技術(shù)實(shí)現(xiàn)主要有兩種。一類實(shí)現(xiàn)仍然基于前景物體檢測(cè)，根據(jù)前景物體的運(yùn)動(dòng)路線來(lái)估計(jì)其速度，超過(guò)一定的數(shù)值就報(bào)警。這種速度估值的精度較低，而且無(wú)法克服攝像機(jī)近大遠(yuǎn)小的問(wèn)題；同時(shí)，無(wú)法區(qū)分行人和自行車上的人，實(shí)用性不高。第二類實(shí)現(xiàn)采用特征運(yùn)動(dòng)模式分析技術(shù)，用模式識(shí)別的方法對(duì)于場(chǎng)景各部分可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)模式和運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行學(xué)習(xí)，不但可以偵測(cè)出異常加速，對(duì)于罪犯逃竄時(shí)翻越欄桿、矮墻等平時(shí)出現(xiàn)機(jī)率很低的行為，也能夠識(shí)別。

應(yīng)用前提

場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)人員以步行為主，攝像機(jī)俯視角度不低于30度，俯視角度較小時(shí)，應(yīng)提高架設(shè)高度避免人之間的嚴(yán)重遮擋。