智能視頻分析技術(shù)應(yīng)用瓶頸及其對策研究

　　智能視頻分析是當(dāng)前安防技術(shù)應(yīng)用熱點(diǎn)，但一些因素制約了安防智能視頻分析技術(shù)的推廣應(yīng)用。因此，本文特意分析安防智能視頻分析技術(shù)深度應(yīng)用瓶頸并提出相應(yīng)對策。

　　在平安城市建設(shè)的推動(dòng)下，安防視頻監(jiān)控應(yīng)用日趨普及。隨著安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模迅速擴(kuò)大，傳統(tǒng)人工監(jiān)控在異常目標(biāo)、行為、事件識別效率、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性等方面均已經(jīng)難以滿足安防實(shí)戰(zhàn)需求。安防智能視頻分析應(yīng)用技術(shù)的先進(jìn)理念和新穎應(yīng)用模式令人耳目一新。然而，歷經(jīng)近十年發(fā)展，其實(shí)際應(yīng)用成效與用戶預(yù)期之間仍存在巨大反差，幾乎陷入"產(chǎn)品功能千遍一律、深度應(yīng)用乏善可陳、市場監(jiān)管混亂無序"的僵局。如何突破制約安防智能視頻分析深度應(yīng)用瓶頸，亟需市場監(jiān)管、產(chǎn)品研發(fā)、系統(tǒng)集成、專業(yè)用戶多方共同努力。

　　智能視頻分析技術(shù)應(yīng)用瓶頸及其對策

　　安防智能視頻分析技術(shù)簡介

　　基本概念

　　安防智能視頻分析技術(shù)起源于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，它綜合應(yīng)用圖像增強(qiáng)處理等技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與背景分離的基礎(chǔ)上，通過將目標(biāo)特征信息與預(yù)先設(shè)置的模板或規(guī)則進(jìn)行比對，自動(dòng)識別感興趣的目標(biāo)、行為、事件或數(shù)據(jù)并產(chǎn)生報(bào)警，必要時(shí)可自動(dòng)跟蹤異常目標(biāo)并聯(lián)動(dòng)其他安防設(shè)施，顯著提高了安全防控整體效率和能力。同時(shí)利用安防智能視頻分析技術(shù)在海量歷史視頻信息中實(shí)現(xiàn)基于時(shí)間、地點(diǎn)以及語義特征描述的智能化查詢搜索，可以為公安機(jī)關(guān)偵察辦案提供高效的查證手段。

　　基本架構(gòu)

　　安防智能視頻分析應(yīng)用系統(tǒng)總體架構(gòu)主要有以下三種模式：

　　前端嵌入式部署模式：將智能分析功能模塊前置于視頻采集前端設(shè)備，共享攝像機(jī)圖像處理芯片或?qū)Ｓ酶咝阅蹹SP作為智能分析引擎，實(shí)現(xiàn)對異常目標(biāo)、行為、事件的智能分析。這種架構(gòu)不受圖像傳輸環(huán)節(jié)影響，緩解了視頻傳輸及后臺存儲壓力，同時(shí)利用非壓縮原始圖像進(jìn)行智能分析，實(shí)時(shí)性好，針對性強(qiáng)，便于大規(guī)模部署。不足之處是難以支撐復(fù)雜智能分析應(yīng)用，且由于前端處理壓力大，對前端設(shè)備集成散熱工藝和穩(wěn)定性提出較高要求，比較容易受環(huán)境因素制約。另外，前端嵌入式智能分析軟件升級困難，在一定程度上增加安裝調(diào)試與運(yùn)行維護(hù)的難度與成本。

　　后臺服務(wù)器部署模式：通過部署在安防監(jiān)控中心的專用服務(wù)器（群）或?qū)Ｓ每蛻舳藢?shí)現(xiàn)智能分析應(yīng)用。這種架構(gòu)有效解決了前端處理能力不足的矛盾，可以通過強(qiáng)大的后臺處理能力實(shí)現(xiàn)復(fù)雜目標(biāo)、行為、事件智能分析；方便與其他專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)融合，拓展智能分析應(yīng)用范圍；智能分析引擎后臺運(yùn)行環(huán)境有保證，系統(tǒng)工作穩(wěn)定性大大提高，且方便智能分析軟件升級，有效降低系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)壓力。總之，這種架構(gòu)比較適用階段性固定監(jiān)控場景智能分析應(yīng)用（如大型活動(dòng)安保），但對后臺服務(wù)器性能配置要求較高，智能分析水平容易受圖像傳輸鏈路帶寬限制，實(shí)時(shí)性能不夠理想，應(yīng)對大規(guī)模智能分析應(yīng)用顯得力不從心。

　　分布式混合部署模式：將部分相對簡單的視頻預(yù)處理功能前置于攝像機(jī)（或視頻服務(wù)器），完成目標(biāo)特征數(shù)據(jù)提取、打包、發(fā)送；后臺智能分析引擎負(fù)責(zé)接收目標(biāo)特征數(shù)據(jù)，完成與預(yù)設(shè)規(guī)則或模塊進(jìn)行分析比較并且自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警。這種架構(gòu)降低了前端智能分析壓力，后臺服務(wù)器只需要對目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)方便與其他專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)融合，提高了智能分析效率和能力，比較適合大規(guī)模、高性能智能分析應(yīng)用，但系統(tǒng)部署整體代價(jià)及運(yùn)行維護(hù)壓力不容低估。

　　一種基于分布式混合部署模式的安防智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖，見圖1。

　　網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

　　基本功能

　　異常目標(biāo)識別跟蹤。對特定時(shí)段、特定區(qū)域出現(xiàn)的異常動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行分類識別、鎖定跟蹤，自動(dòng)記錄其運(yùn)動(dòng)軌跡。

　　異常事件、行為識別報(bào)警。針對在指定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的越界、遺留、滯留、徘徊、跌倒、尾隨、斗毆、偷竊、聚集等異常事件或行為進(jìn)行識別，并且自動(dòng)報(bào)警。特征數(shù)據(jù)獲取。車牌識別、人臉識別、交通流量監(jiān)測、公共區(qū)域擁擠度實(shí)時(shí)監(jiān)測等。

　　海量視頻智能搜索。根據(jù)目標(biāo)、行為、事件特征的語義描述，綜合事件發(fā)生地點(diǎn)、時(shí)間等輔助信息，在海量歷史視頻信息中自動(dòng)搜索所需要的視頻信息，提高公安機(jī)關(guān)偵察員辦案人員事后查證效率。

　　安防智能視頻分析技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

　　目前，安防智能視頻分析技術(shù)應(yīng)用主要集中于城市治安管理（如治安卡口信息識別、道口車輛查控、網(wǎng)吧人臉比對等）、大型活動(dòng)安保（例如上海世博會園區(qū)出入口人像采集比對、虛擬水岸電子圍欄等）、監(jiān)所管理等業(yè)務(wù)領(lǐng)域。比較成功的應(yīng)用模式以特征數(shù)據(jù)獲取比對為主，同時(shí)在監(jiān)控場景相對固定、光照條件較好的監(jiān)管場所，針對監(jiān)管對象非法越界、超時(shí)滯留、打架對毆、異常聚集等行為、事件的智能分析報(bào)警應(yīng)用取得了一定成效。

　　就整體應(yīng)用水平而言，由于受智能分析算法有效性、背景復(fù)雜性、光照條件不確定性等因素制約，復(fù)雜開放環(huán)境下異常目標(biāo)、行為、事件的智能視頻分析應(yīng)用距離安防實(shí)戰(zhàn)要求尚有較大差距。治安卡口、市境道口的車牌識別率比較高（超過90%），但基于車牌識別的深度應(yīng)用還有很大提升空間。靜態(tài)人像比對技術(shù)在比對源和比對目標(biāo)質(zhì)量較高的前提下（如第二代居民身份提供的人像照片），其比對正確率一般可以超過90%，已經(jīng)具備較高的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用價(jià)值，但開放環(huán)境下人臉采集實(shí)時(shí)比對技術(shù)受現(xiàn)場光照條件、"黑名單"質(zhì)量、配合程度等諸多因素限制，比對正確率約60-70%，目前只能作為大型活動(dòng)現(xiàn)場實(shí)時(shí)布控輔助手段。

　　制約安防智能視頻分析應(yīng)用的主要因素

　　技術(shù)層面

　　開放環(huán)境下夜間光照不足、惡劣天氣（霧、雪、雨、沙塵等）、圖像壓縮處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路帶寬受限等因素造成圖像質(zhì)量下降，給安防智能視頻分析帶來先天困難；針對復(fù)雜異常行為、事件建模困難，相應(yīng)的智能分析算法識別性能不高；目標(biāo)與背景過于接近或背景雜亂等導(dǎo)致目標(biāo)分割以及特征信息提取困難；運(yùn)動(dòng)目標(biāo)被背景遮擋以及多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)互相遮擋導(dǎo)致目標(biāo)特征信息不完整。上述因素容易造成虛假報(bào)警、漏報(bào)警、跟蹤困難等不良后果，嚴(yán)重制約安防智能視頻分析應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)性能提升。

　　基于D1或HD分辨率嵌入式智能視頻分析算法效率不高，導(dǎo)致前端DSP硬件運(yùn)算資源緊張，前端設(shè)備集成、散熱工藝欠缺進(jìn)一步限制了DSP性能發(fā)揮，嵌入式智能分析引擎硬件處理能力以及穩(wěn)定性已經(jīng)成為制約安防智能視頻分析應(yīng)用水平的另一個(gè)主要因素。

　　由于目前國內(nèi)安防智能視頻分析應(yīng)用產(chǎn)品絕大部分來自國外廠商，且沒有形成規(guī)模應(yīng)用效應(yīng)，因此產(chǎn)品定價(jià)普遍畸高；工程實(shí)施過程中人工標(biāo)定、后臺軟件調(diào)試等工作量大，部分高端產(chǎn)品調(diào)試甚至需要國外廠商技術(shù)人員直接參與，加上嵌入式前端設(shè)備故障率相對較高，難以實(shí)施故障診斷、軟件升級等遠(yuǎn)端維護(hù)工作，導(dǎo)致應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本居高不下。上述因素造成安防智能視頻分析應(yīng)用性價(jià)比偏低，嚴(yán)重限制了安防智能視頻分析應(yīng)用的有效推廣。

　　機(jī)制層面

　　目前，安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)總體仍處于粗放型的規(guī)模擴(kuò)張階段，作為建設(shè)主體單位，安防用戶更多關(guān)注的仍然是"監(jiān)控覆蓋率"，對事前預(yù)警重視程度還不夠，智能視頻分析應(yīng)用方向的研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入也明顯不足。

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