智能视频分析监控(IVS) 技术与产品综述

    在平安城市建设中，随着安全监控系统迅速迈向数字化、网络化，系统的开放性、集成性、灵活性以及智能程度正在被更多的使用者所关注，安防产业面临着一个新兴的、机遇与挑战并存的发展成长空间，在众多数字化视频监控新技术中，“智能视频监控”（IntelligentVideoSurveillance，简称IVS）技术又是最前沿的应用之一，体现着未来视频监控系统全面走向数字化、智能化、多元化的必然发展趋势。 

    智能视频（IV，IntelligentVideo）技术源自计算机视觉（CV，ComputerVision）与人工智能（AI，ArtificialIntelligent）的研究，其发展目标在于将图像与事件描述之间建立一种映射关系，使计算机从纷繁的视频图像中分辩、识别出关键目标物体，这一研究应用于安防视频监控系统、将能借助计算机强大的数据处理能力过滤掉图像中无用的或干扰信息、自动分析、抽取视频源中的关键有用信息，从而使传统的监控系统中的摄像机不但成为人的眼睛，也使“智能视频分析”计算机成为人的大脑，并具有更为“聪明”的学习思考方式。这一根本性的改变，可极大地发挥与拓展视频监控系统的作用与能力，使监控系统具有更高的智能化，大幅度降低资源与人员配置，同时，必将全面提升安全防范工作的效率。因此，智能视频监控（IVS）不仅仅是一种图像数字化监控分析技术，而是代表着一种更为高端的数字视频网络监控应用。 

    一、智能视频分析监控系统的特性： 

    A、有效提高报警的精确度 

    智能视频监控系统能够从纷繁复杂的图像画面中利用“智能分析技术”的提取的物体特性、特征，正确识别出不同物体及其运动轨迹规律，它可以明确地区分出人、车或其它物体，并过滤掉类似水波、潮汐、树叶、光影等自然干扰和光线变化影响，特别是以往运动检测方式下无法实现与应用的场合（如检测水面上是否有过往的船只等），一旦发现监控画面中“关键目标”出现时，系统能够以最快、最佳的方式提供有用信息或告警，因此，从“智能视频分析”系统发出的信息一定是有效的、或真正违反安全规则的报警信息，这些信息也一定是必须及时得到处理的真实信息，它将有效地提高报警的精确度，同时拓展了视频报警的应用范围。 

    智能视频分析的判别机制通常包括： 

    1.内容分析：在任何情况下，重要信息数量会大大低于背景信息数量，例如：地面、建筑物等静态信以及风吹草动、水波、雨雪、树影等动态信息都可被“智能视频分析”系统判断属于背景信息，而重要信息则是人、车等活动信息，智能视频分析首先对图像内容进行分析，剔除那些无用的背景信息。 

    2.对象识别：智能视频分析软件内设“对象分析引擎”，能够根据不同的活动目标的大小、运动速度及运动规律准确识别出人员、动物、车辆或其它对象，成功地将重要信息分离出来。 

    3.分析比对：智能视频分析系统软件具有可制订的安全规则，可以对分析得到的各类活动目标与所制订的安全规则相比对。例如：在图像中指定的区域设定“虚拟“的安全界限，一旦识别“目标对象”跨越这一安全界限，系统将会激活警报，提示监控人员予以关注或处理警情。

    B、引领监视方式的革命 

    随着视频监控需求的日益高涨和前端摄像机价格的合理化，一个系统的摄像机安装数量也在成倍增加，超大视频路数及大规模监视中心给控制管理人员带来极大的工作压力，要求一个（或几个）监视人员随时注视几十上百路图像、再去判断每一画面中是否存在异常状况无疑是不现实的，何况对于更多的人为错误以及类似“狼来了”式的虚假警报，将大大降低监控系统的安全有效性和实际操作管理能力，因此，视频监控市场需要一种颠覆性的技术和革命性的理念，“智能视频分析”技术正是具有人性化、智能化、精炼提取真实信息，显著降低误报、更加有效地协助安全人员预防和处理危机事件、有效遏制各类犯罪的有力武器，“智能视频分析”系统可使用户更加精确地定义安全威胁的特征，可以在图像监视范围内设定多个虚拟警戒线或警戒区域，可以分时段地设定、分析不同的重要对象，真正做到只有违犯警戒规则的行为才产生报警的高效监控。 

    智能视频监控技术将加速数字视频取代模拟视频的速度，随着“智能视频分析”系统的采用，进一步提高了监控效能，传统的（在中央控制室中）集中监控的模式也将逐步转向到分布监控模式，保安人员将从枯燥地屏幕观察中解放出来，不再固守于传统的监控室，而投身于更靠近监视与行动现场的地方，而由“智能视频分析”系统向保安人员自动传达可疑目标的位置信息，更迅速地处理现场情况，满足长久监视与“反恐”快速反映的需求，可以预见，跟随监控模式变革的姗姗而来，智能化监控系统将迅速融入各类安全控制系统发挥重要作用。 

    C、先知、先觉的预警能力 

    恐怖主义和极端势力的泛滥给各级安全部门的预防犯罪提出了新的挑战，如何提前预知犯罪并及时采取正当措施、保护人民及财产安全已成为对视频监控系统日益迫切地需求，智能视频分析监控系统的“遗留物品判别”、“区域逗留提示”、“运动方向判别”等功能将能使安全人员提前感知异常行为并关注相应监控领域、尽可能提前发现潜在的威胁并做出应对策略，例如：有人在公共场所遗留了可疑物体或者有人在敏感区域附近长时间徘徊、逗留，智能视频分析系统将可以识别这种行为、提示给保安人员，实现对可能产生的犯罪或违规行为进行预警。 

    D、有效扩展视频资源用途 

    对用于安防系统的智能视频分析结果还可以用来联动高速球型摄像机进行跟踪拍摄，当可疑目标触及多个摄像机的多个智能视频分析区域时，系统将能够驱动高速球型摄像机对可疑目标连续追踪，在遇到多个可疑目标共同出现时，也可以分别捕捉其各自的活动图像，使监控系统更具智能优势。 

    无论是传统视频监控系统还是网络视频监控系统，其所监控到的视频画面一般只应用在安全监视领域，而在智能视频分析系统中，这些图像资源还能有更多的用途。例如：对视频画面中出现的人员数量进行统计，为“客流量”提供参考数据；检测车辆在道路上行驶的状况，为交通流量统计数据；对违章行驶、违章停车、道路事故进行主动判别、给出提示；在商场中自动识别VIP用户，提示客户服务人员主动上前提供优质服务等等。

    二、智能视频分析系统的应用范畴： 

    智能视频分析系统的应用范围广泛，可提供研发和实现的功能异彩纷呈，归结起来，这些应用功能一般可分为两类： 

    第一类：安全相关类应用 

    与安全相关的智能视频分析是目前最主要的应用，尤其在“911”恐怖袭击、马德里爆炸案以及伦敦爆炸案发生之后，市场上对于此类应用的需求不断增长，功能繁多。其主要作用是协助安全部门提高室外、周界、大区域公共环境下的安全防护，此类应用主要包括： 

    高级视频移动侦测（AdvancedVMD）：在复杂的天气和光线环境中（例如雨雪、大雾、大风、树影摇动等）精确侦测和识别单个或多个目标的运动情况、运动方向、运动特征等。安全规则包括了禁区报警、绊线报警、尾随检测、运动方向异常报警等多种类型。 

    物品丢失或位移检测（（MovingDetection）；系统可自动检测监控场景中的物体丢失或被移动，主要用于在复杂场景中的贵重物品和关键设备的监控。 

    物体追踪（MotionTracking）：在侦测到移动物体后，根据物体的运动情况自动发送PTZ控制指令，使摄像机能够自动跟踪物体，在物体超出该摄像机监控范围之后，自动通知物体所在区域的摄像机继续进行追踪。 

    人物面部识别（FacialDetection）：自动识别人物脸部特征并与数据库进行比较以验证人物身份。此类应用又可以细分为“合作型”和“非合作型”两大类，“合作型”应用需要被监控者在摄像机前停留一段时间，通常与门禁系统配合使用。“非合作型”则可以在人群中识别出特定的个体。 

    车辆识别（VehicleIdentification）：根据车辆形状、颜色、车牌号码等特征进行识别并反馈给监控者，用于被盗、疑似车辆追踪等。 

    非法滞留（ObjectPersistence）：当一个物体（如箱子、包裹、车辆、人物等）在敏感区域停留的时间过长（或超过了预定义的时间长度）即产生报警。典型应用场景包括机场、火车站、地铁站等。 

    烟火检测（FireDetection）：根据火情产生过程中烟与火所表现出的时空特征进行烟、火实时检测，可用于森林防火或易燃、易爆等危险品储藏区域的烟火检测。 

    B.非安全相关类应用 

    智能视频的非安全相关类的应用主要面向零售、服务、管理等行业，做为管理和服务的辅助工具，用以提高服务水平和营业额。此类应用主要包括： 

    人流量统计（PeopleCounting）：统计穿越入口或指定区域的人或物体的数量。例如为业主计算某天光顾其店铺的顾客数量。 

    人群控制（FlowControl）：识别人群的整体运动特征，包括速度、方向等等，用以避免形成拥塞或及时发现异常情况。典型的应用场景包括超级市场、车站、侯机楼等人员可能大量聚集的地方。 

    人体行为分析(ActionAnalyze)：在目标检测分类的基础上，利用人体的各种行为特征对其所进行各种行为的描述和分析，提取哪些危险和有潜在危险的行为，如打斗、抢夺和突然倒地等行为。 

    人物面部识别（FacialDetection）：识别人物的面部特征，并通过这些信息来判定人物的身份及等级，提供优质服务。 

    注意力控制（AttentionControl）：统计人们在某物体前面停留的时间。可以用来评估新产品或新促销策略的吸引力，也可以用来计算为顾客提供服务所用的时间。 

    交通流量控制（TrafficFlow）：用于在高速公路或环线公路上监视交通情况，例如统计通过的车数、平均车速、是否有非法停车、是否有故障车辆等。 

    车辆识别（VehicleDetection）：识别车辆的形状、颜色、车牌号码等特征，并反馈给监控者。此类应用可以用在识别车辆违归行驶、停放的情况中。

  三、智能视频监控系统的要素： 

    从硬件角度来说看，IVS系统的组件与传统系统没有太大的差别，其主要部分包括了：视频数据采集的摄像机、用于目标跟踪的高速快球、智能视频分析用高性能计算机（高级别的还应具有图像存储功能）、传输以太网、集中管理服务器及软件等。其中，IVS系统要求智能视频分析计算机必须具备比传统监控系统中的DVR更为强大数据处理功能，同时，IVS智能分析计算机还应可根据场景、分析目标、应用范畴的不同、以及各类分析模式混合应用时具备高度的软件灵活性与可扩展性，为应对各类不同环境、不同算法、不同的安全规则以及日后的软件升级做出必要的准备，以便在接近的成本下充分发挥其应有的作用。 

    迪威泰克“沸点”BP-IVS系列智能视频分析监控系统 

    “沸点”BP-IVS是北京迪威泰克数码科技有限公司（DigitalVideoTechnologyCo.,Ltd）根据数字视频发展方向及应用需求最新研发的“智能视频分析监控系统”，它秉承迪威泰克公司一贯专注数字视频技术发展、专业研发高水平数字视频产品的理念，借助高性能计算机对监控摄像机图像数据进行高速处理、分析、过滤、识别、从中提取关键信息、并包括了数字图像录制、安全规则比对、报警控制管理、高速目标跟踪、以及视频网络传输、集中控制管理等多重功能，形成了一套完整的“智能视频分析”（IVS）系统，该系统已于2006年9月在“北京城铁13号线安防与反恐系统”工程中投入使用，并取得了良好的应用效果。 

    下图显示了“沸点”BP-IVS系统的基本组成结构。 

    视频采集摄像机：固定安装的高感度摄像机，用于拍摄监视现场的高清晰图像，为智能分析提供基础视频数据。

    IVS智能视频分析数字硬盘录像机：用于对视频采集摄像机摄取的图像内容进行高速分析与数据处理，并对比安全管理规则或用户设定的条件给出报警或结果，同时，它也承担着将图像数据编码、压缩及录制保存的功能。 

    智能跟踪高速球：自动根据IVS的分析结果及系统设定，当智能视频分析判别有违反安全规则（报警）时驱动高速球型摄像机迅速转到事件区域，以提供给系统使用者近距离、高清晰观察现场实际状况的可能。 

    报警控制单元及报警探测器、警灯警号：对于极为重要的监视现场，工程设计时可能需要更多的（一种以上的）安全防护手段，即除了智能视频分析以外还安装有其它类型的报警探测设备，针对这种使用需求，BP-IVS系统还设计有报警控制单元，它不但为各类报警探测器的接入提供了可能，同时，还具备了将智能视频分析报警或报警探测器给出的报警用来直接驱动警灯、警号的能力。 

    现场显示设备：由于智能视频分析系统具有消除多余无用信息而只将关键报警信息的能力，使得安全人员能够通过设在巡逻现场的显示设备直接获得有用资讯，从而使他们根据真实情况、迅速采取最有效的措施。 

    智能分析实例 禁区分析（蓝色区域）绊线分析（橙色线条）

    远程监视控制中心服务器：受设备成本、系统稳定性影响及目前计算机的计算能力限制，单台IVS系统的视频采集分析路数一般为4路摄像机，当现场需要对更多的摄像机需要进行智能视频分析时，需要选用多台IVS（图中Site.A~Site.N）来满足使用需求，同时，考虑到采用IVS构建大规模智能监控系统的需求，BP-IVS系统还设计有远程监视控制管理中心服务器，以便使系统管理人员能在异地对现场进行实时监控和根据语音提示处理突发事件。

    “沸点”BP-IVS智能分析监控系统说明： 

    “沸点”BP-IVS智能分析监控系统目前所采用的智能分析模块包含了：禁区报警、绊线报警及遗弃物报警，更多的智能分析模块，如：拥挤度分析（右图所示）等也将陆续推出，各类智能分析模块在通常情况下即可立即投入应用，对于具有特殊要求或环境情况极为复杂的现场，智能分析模块需要根据监视现场的情况及客户实际需求单独定制。 

    1、禁区分析报警： 

    禁区分析报警是智能视频分析系统的一个最重要典型应用，它类似于传统的运动检测，但又比原有的运动检测具有更高可靠性和信任度，传统的运动检测只是在需要特别的关注区域划定一个（或一些）矩形敏感区域，当该区域像素发生变化、并达到一定程度时触发报警，这种检测方式存在一些明显的缺陷，1）敏感区域在光照或颜色突然变化时，极易发生误报警；2）所设定的敏感区域内不能包含任何可运动或随时变化的场景、物体，如闪烁的灯光、水面的波动、树影的摇动等等，智能视频分析的禁区报警不是简单地根据像素亮度、颜色的变化而判断是否异常，而是通过对可能出现的目标大小、形态、运动规律识别后才触发报警，智能视频分析系统可以准确地判断、区别出人、车、船舶等目标的不同，仅针对需要关注的目标出现才给出提示，而排除树影、水波的干扰，如：在道路上排除车辆的运动仅识别出道路中有人穿行的异常，因此，禁区分析报警可以应对复杂的环境，给出真实的违反安全规则的警报，此外，由于禁区的数量、形状、大小、位置设置均可自由设定，不在是单一的矩形方块，因此，更为对于防范目标区域的设置更为细致、精确。 

    2、绊线分析报警： 

    绊线分析是在视频图像中人为设定一条“警戒线”，主要用于对超越该警戒线的行为给出提示，这种提示也是可以根据不同目标来进行的，通常，警戒线的穿越方向是可以设定的，它可以是单向穿越报警或双向穿越报警，所谓单向报警就是从一个方向穿越报警而另外一个方向穿越则不报警，它可以用于对各种只允许单向通过的区域进行设防，而双向方式则用于那些不得进、出的设防区域或门口，目前，BP-IVS所具有的绊线方式为单向的，它可在设置菜单中进行设置方向，绊线的位置和长短均可自由调节。 

    BP-IVS系统实现的重要功能包括： 

    1.支持具有高度智能和灵活的视频分析模块嵌入，以实现更多的智能分析模式，为实际应用提供不间断的内容提升。 

    2.具备通用数字硬盘录像机（DVR）应有的一切功能，使其不仅是一台高性能视频分析设备，还是一台具有高度集成性的数字硬盘录像机。 

    3.根据计算机目前所具备的性能，以及性能价格比的考虑，BP-IVS采取的是四路摄像机+一路高速球的连接模式（4+1），4路固定安装的摄像机用于监视现场并针对其做出视频分析，1路全方位高速球型摄像机用于分别根据4台固定摄像机给出的报警追踪报警部位，获取现场大幅面图像。 

    4.4台视频智能分析摄像机用于采集原始图像数据，并以CIF格式进行分析与图像存储，高速球型摄像机则采用D1（4CIF）格式显示与存储，以获取满意的高清晰度图像。 

    5.报警追踪高速球可设定最多64个预置位，可采取图形方式与禁区报警或绊线报警位置相对应，具有多点报警巡回时间调整、以及报警结束自动归位的功能。 

    6.BP-IVS可实现全天24小时不间断录像或报警启动录像，在采用智能分析触发报警录像时，报警录像文件中可包括报警时刻前三分钟的图像，在连续产生报警时，报警录像将持续到最后一次报警后的三分钟结束。 

    7.具有与SPR8092-16报警控制单元联用的能力，可在采用智能分析报警功能的同时再外接各类报警探测器。 

    8.鉴于BP-IVS具备兼容智能视频分析报警与探测器触发报警两种报警运行机制，因此，由单一防区（该防区内装有视频分析采集摄像机和报警探测器）所触发的报警（无论该防区以何种方式被触发）均可实现“一对一”的报警输出。 

    9.“一对一”的报警输出可可分时段进行设定，即：在某些时段提供报警输出，而某些时段没有报警输出，该输出功能设计主要用于城铁项目中现场警灯的控制，为防止干扰司机正常行驶，城铁运行时段内不允许有警灯闪烁。 

    10.BP-IVS系统具备对报警时刻防区对应摄像机画面的抓拍功能，由视频分析所触发的报警可在抓拍的照片中以“红线”框出具体报警目标所在位置。 

    11.系统支持现场显示设备，以供保安人员在巡逻现场及时确认报警地点及观察事件实时状况。 

    12.BP-IVS系统具有功能丰富的网络管理能力，支持多台IVS设备集中管理或远程报警访问，图像依靠局域网传输，远程网络访问采用CIF图像格式。 

    13.集中管理中心可对各IVS所产生的报警类型（包括视频智能分析报警和探测器报警）、报警区段、地理位置给出声音提示，提示语音可由不同声音文件予以区分，当多点同时（先后）报警时，报警提示声音可轮换播报。 

    随着视频监控技术从模拟向数字系统、再由数字系统向智能分析系统的快速转换，BP-IVS系统利用内容分析引擎和推论引擎软件对视频数据进行全面分析并依据所设定的安全规则实施告警，必将使单一的视频压缩、运动检测、网络传输、人工控制指挥中心这一传统的模式提升为更为先进、全新的、革命性安全管理策略。