《信息技术基础与应用》课件1第五章

案例5网络化智能监控系统方案A5.1引言 A5.2系统建设的意义A5.3智能视频监控的含义及优点A5.4应用领域

视频监控系统从最初的模拟闭路电视监控开始，经历了数字化、网络化的发展，正在向分布式、智能化的方向迈进。视频压缩技术的发展促进了视频监控系统的数字化，节约了大量的存储空间。A5.1引言

智能视频监控的核心内容之一是对特定目标的自动跟踪。目标跟踪可分为五个步骤，包括运动检测、目标分类、目标跟踪、行为分析和行为识别。如对人体的跟踪：首先从实时图像序列(即视频)中检测出运动物体，再判定运动物体中的人体，然后跟踪人体的运动轨迹，并分析和选定有异常行为的人，最后对行为异常的人进行持续跟踪。

运动检测是从图像序列中将变化区域从背景图像中提取出来。运动区域的有效分割将大大减少后继过程的运算量。然而，背景图像的不稳定性，如阴影、光照、慢移动、静移动(树叶的摆动)等，也使得运动检测非常困难。运动检测算法可按照不同分类标准分为多种，如背景消除法、时间差分法、光流法。背景消除法和时间差分法都可以看做差分图像法。背景消除法是目前运动分割中最常用的一种方法，它利用当前图像与背景图像的差分来检测出运动区域。时间差分方法是在连续的图像序列中两个或三个相邻帧之间采用基于像素的时间差分并且阈值化来提取出图像中的运动区域。基于光流方法的运动检测采用了运动目标随时间变化的光流特性，通过计算位移向量光流场来初始化基于轮廓的跟踪算法，从而有效地提取和跟踪运动目标。该方法的优点是在摄像机运动的情况下也能检测出独立的运动目标。目标分类的目的是从检测到的运动区域中将特定类型物体的运动区域提取出来。根据所利用信息的不同，目标分类可以分为基于运动特性的分类和基于形状信息的分类。基于运动特性的识别利用目标运动的周期性进行识别，受颜色、光照的影响较小。基于形状信息的识别利用检测出的运动区域的形状特征与模板或者统计量进行匹配。

目标跟踪是在连续的图像帧间，创建基于位置、速度、形状、纹理、色彩等有关特征的对应匹配。依据不同的跟踪方法可分为基于模型的跟踪、基于区域的跟踪、基于活动轮廓的跟踪、基于特征的跟踪等。联合目标跟踪与分类技术是信息融合领域新兴的一个研究方向，其基本思想是通过在目标跟踪器和分类器之间进行双向信息交互，来同时有效地提高目标的跟踪精度和分类性能。

在特定情况下需要对跟踪目标从类型细化到个体，这需要对目标的活动进行分析和理解。行为理解的关键问题是如何从学习样本中获取参考行为序列，并且学习和匹配的行为序列必须能够处理在相似的运动模式类别中，空间和时间尺度上轻微的特征变化。

这类系统主要致力于基于网络的智能监控系统的研究的相关技术的实现。侧重于基于复杂背景的下视频的获取、压缩、在网络上传输、解码、跟踪、识别并对异常的事件进行报警。最终构建成为一个综合化、低成本、高适用性的网络智能监控应用软件系统。

随着人们对社会安全的重视，视频监控系统已经开始广泛地应用于各个领域和行业。产业发展态势呈现出明显的4P(Platform(平台)

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Product(产品)

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(大众))融合趋势。A5.2系统建设的意义社会各行业需要实施远程视频监控的范围已逐步扩大，面向管理监控和生产经营监控发展，目前中国的视频监控集中在行业用户，个人用户市场特别是家庭安全领域的需求具备较大潜力。电信运营商宽带升级，使得现有的宽带网络能够满足用户多方面的需求，在传统的以文字和图片为主的内容服务上，能够提供具有视频和音频的多媒体内容服务。这是互联网技术发展的必然趋势，也为视频监控业务的发展提供了强有力的平台支持。需求与平台的结合，使得视频监控业务形成巨大的发展潜力。视频监控系统作为所有安全保卫工作的眼睛，是第一信息收集来源。视频监控点的多少、架设范围直接决定了信息收集的程度，也决定了处理突发事件和预防突发事件的效率和能力。为了能够全面监控，通常需要在监控点及其周边地区架设大量的摄像机，但是这些视频监控点无论是设备安装，还是机动性要求，都无法满足实际要求，因此为了降低成本、提高工作效率、增加机动性，只有使用移动智能监控系统才是解决这些矛盾的最佳选择。在现实活中，大量有意义的视觉信息包含在运动之中。尽管人类视觉既能看见运动的物体又能看见静止的物体，但是在许多场合，比如说交通流量的监测、重要场所的保安、航空和军用飞行器的制导、汽车的自动驾驶或辅助驾驶等，我们往往对运动的物体更感兴趣。因此研究只对运动目标敏感的检测与跟踪系统是很有意义的。此外，运动目标的研究对象是图像序列，而研究图像序列的困难性一般要比单帧图像分析的大。近年来，随着计算机数字视频监控系统的不断发展，对视频动态检测的研究也越来越深入，现在视频动态序列检测的主要应用方向如下：

(1)判断视频图像是否有变化；

(2)单个目标的检测和提取，主要是检测相对较大目标的运动情况；

(3)多运动目标的检测和提取，主要检测出屏幕上的多个运动物体运动方向及数量；

(4)多运动小目标的检测和提取，主要是针对视频上出现的体积较小的物体。美国、日本和欧洲的某些国家已经开展了大量相关项目的研究。例如，1997年美国国防高级研究项目署设立了以卡内基梅隆大学为首、麻省理工学院等高校参与的视觉监控重大项目VSAM(VisualSurveillanceAndMonitoring)，主要研究用于战场及普通民用场景进行监控的自动视频理解技术；实时视觉监控系统W不仅能够定位人和分割出人的身体部分，还可以通过建立外观模型来实现多人的跟踪，并可以检测人是否携带物体等简单行为；英国的雷丁大学已开展了对车辆和行人的跟踪及其交互作用识别的相关研究；IBM与Microsoft等公司也正逐步将基于视觉的手势识别接口应用于商业领域中。国内也有很多厂家生产出具有自动报警功能的监控系统，许多科研机构也就该领域做了大量研究，在人体运动视觉分析、交通行为事件分析、交通场景视觉监控等领域取得了许多科研成果。

网络化智能监控是运用无线通信、网络、图像处理与数据压缩、人工智能等技术实现视/音频监控功能的智能化系统。在传统录像监控系统中无法实现运动检测、网络传输和录像资料的快速检索等。传统的自动报警装置大多采取单点信号报警，当采集点的物理量达到一定阈值时，就向控制中心发出报警信号。这种报警装置的优点是安装便利、反应迅速，但缺点是适应范围小，对单点噪声过分敏感，容易误报，无法兼顾防止误报和漏报这两个方面。因此，高可靠性、准确性的移动智能监控系统把握智能识别、智能判断、智能跟踪、智能调度等特点，其研究开发具有广泛的应用前景和潜在的经济价值。此项技术成果可以应用于各行各业的视频监控系统，例如金融证券保险业的安全监控、政府机关的安全监控、考场纪律的监控、边境保卫、监狱安全保卫、社区安防等方面，甚至在国防领域都有着十分广阔的应用前景。

1．智能视频监控的含义

智能视频(IntelligentVideo，IV)源自计算机视觉(ComputerVision，CV)技术。计算机视觉技术是人工智能(ArtificialIntelligent，AI)研究的分支之一，它能够在图像及图像描述之间建立映射关系，从而能够通过数字图像处理和分析，理解视频画面中的内容。A5.3智能视频监控的含义及优点电视监控中所提到的智能视频技术主要是指：“自动地分析和抽取视频源中的关键信息。”如果把摄像机看做人的眼睛，则智能电视监控系统的处理设备就可以看做人的大脑。智能视频技术借助计算机强大的数据处理功能，对视频画面中的海量数据进行高速分析，它过滤掉用户不关心的信息，仅仅为监控者提供有用的关键信息。

智能电视监控系统能够识别不同的人与物体，如对人与物的异常行为的探测与跟踪，对人的面相、步态或声音等的识别与跟踪等，如发现监控画面与声音中的异常情况，并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息，从而能够更加有效地协助安全人员处理危机，并最大限度地降低误报和漏报现象，以达到真正的安全防范的目的。

2．智能视频监控的优点

智能电视监控以普通的网络电视监控为基础，除了具备广为人知的网络电视监控的优势外，智能电视监控系统还能为用户带来更大的收益，其主要优点如下所述。

1)可进行24

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7全天候可靠监控

智能电视监控系统彻底改变了以往完全由安全工作人员对监控画面进行监视和分析的模式，它通过嵌入在网络摄像机或视频服务器等前端设备中的智能视频模块，对所监控的画面进行不间断分析，并采用智能算法与用户定义的安全模型进行对比，一旦发现有安全威胁，立刻向监控中心预警或报警。

2)能提高报警精确度

由于智能电视监控系统具有强大的智能特性，因此能够有效地提高报警精确度，大大降低误报和漏报现象的发生。因为智能电视监控系统的网络摄像机或视频服务器等前端设备，集成了强大的图像处理、识别与跟踪能力，并运行高级智能算法，使用户可以更加精确地定义安全威胁的特征。从而能有效地降低误报和漏报现象，以减少无用数据量。如用户可以定义一道虚拟警戒线，并规定只有跨越该警戒线进入或走出时才产生报警，从警戒线旁边经过则不产生报警。也可以说，用户定义只有穿越房门的活动才产生报警，而经过房门的活动不产生报警等。

3)能提高响应速度

智能电视监控系统拥有比普通网络电视监控系统更加强大的智能特性，它能够识别可疑活动，如有人在公共场所遗留了可疑物体(爆炸物)，或者有人在敏感区域停留的时间过长等，因此在安全威胁发生之前就能够提示安全人员关注相关监控画面，使安全部门有足够的时间为潜在的威胁做好准备工作。此外，还可以使用户更加确切地定义在特定的安全威胁出现时，应当采取的动作，并由监控系统本身来确保危机处理步骤能够按照预定的计划精确执行，有效地防止在混乱中由于人为因素而造成的延误。

4)能有效扩展视频资源的用途

无论是传统的电视监控系统还是网络电视监控系统，其所监控到的视频画面都只能应用在安全监视领域，而在智能电视监控系统中，这些视频资源还可以有更多的用途。如可将视频资源应用到非安全领域：银行大堂的监视录像可以用来加强对客户的服务，智能电视监控系统可以自动识别VIP用户的特征，并通知客服人员及时做好服务工作；发现人群中有人不慎跌倒时，及时通知附近的工作人员提供帮助；智能电视监控系统，还可以帮助统计当天光顾的客户数量，用以分析营业情况等。

网络视频监控系统应用领域众多，从特定功能上可以分为如下几种类型：

1．周界警戒及入侵检测

在复杂环境中精确地侦测和识别单个物体或多个物体的运动情况并进行运动轨迹跟踪，包括运动方向、运动特征等，如图A5.1所示。A5.4应用领域

图A5.1周界警戒及入侵检测示意图

2．物品被盗或移动检测

计算机将自动检测物体移动的情况，用于重要物品和设备的监视，如图A5.2所示。

图A5.2物品被盗或移动检测

3．遗留、遗弃物品检测

当一个物体(如箱子、包裹、车辆、人物等)在警戒区域长时间停留，或超过了预定的时间，系统产生报警信息。典型应用场景包括机场、火车站、地铁站等，如图A5.3所示。

图A5.3遗留、遗弃物品检测

4．运动人体异常行为检测

运动人体异常行为检测系统可以完成运动人体的打斗、抢劫等异常行为的检测，如图A5.4所示。

图A5.4运动人体异常行为检测

5．自动跟踪

侦测到移动物体之后，根据物体的运动情况，发送控制指令，使摄像机能够自动跟踪物体，当