智能视频监控分析技术在港口中的应用

　　摘要：智能视频监控技术是基于图像处理、模式识别的新型视频监控技术。简而言之，就是发现图像中运动的物体，并对其跟踪、分析，及时发现"异常"行为，触发报警并采取其他措施进行干预。

　　智能视频分析技术和现有监控技术的比较

　　国内现有港口的视频监控系统主要由摄像机、光缆、矩阵、硬盘录像机和电视墙等组成。由于视频监控图像数量大，内容枯燥，现有系统即使配备值班人员，在大多数情况下仍处于无人观看的状态下。当犯罪事件发生时，从硬盘录像机中调取录像回放、取证变成系统主要的价值之一。即使值班人员在岗，由于人的生理特点，不可能长时间有效观察多路图像，很可能造成遗漏可疑事件，对安全形式产生错误判断。

　　智能视频监控技术可以理解为用计算机来帮助值班人员"看"监控录像。现代计算机的高可靠性可以提供24小时不间断地保护。从根本上杜绝由于人员疲劳造成的遗漏问题。同时也可以防止出现监控人员内外勾结的可能性。

　　现有的智能视频分析技术还不能替代人，它仍然需要人来辨识报警的性质，进而决定处置方式。它的价值在于大大降低了监控人员的工作强度，使监控质量有了质的提升。和传统视频监控系统相比，智能视频分析可以及时发现、甚至阻止犯罪行为的发生。这对港口等敏感、关键基础设施的意义是显而易见的。

　　智能视频分析技术的功能及在港口的应用范围

　　国内港口对视频监控系统的需求主要源于防盗、生产安全以及反恐的需要。在港口内的贵重物资，重点要害部门的监控都是较典型的应用场景。

　　由于中国签署了索纳斯公约，所有出口到美国的港口的都要满足一定的安保标准。同时作为国民经济的重要环节，港口的防恐也被国内主要港口纳入到议事日程上来。

　　主要功能

　　目前市场上的智能视频分析系统通常都具有以下功能：

　　1、图像采集/接口。绝大多少的智能视频分析算法是基于非压缩图像格式，如RGB或者YUV,所以图像信号在被采集以后不经过压缩直接送给视频分析单元。几乎所有的视频分析系统都自带有图像采集功能，通常是通过BNC输入模拟图像信号。现有的图像监控系统中图像信号通常是以压缩图像流的形式存在，可以将图像流解压还原成原始图像格式后再进行分析。

　　2、运动物体检测。简单地说，运动检测就是发现图像中运动的物体，运动物体可以简单定义为图像中变化的部分。一些初级的运动检测算法就是基于这些概念，此类方法的误报警率太高，不适合用作实时报警系统。

　　并不是所有图像中的变化都是我们感兴趣的运动物体，例如由摄像机自身引入的变化，它包括像素噪声，摄像机自动光圈控制电路引起的整体亮度变化，图像传输中引入的高低频周期噪声信号，红外摄像机周期校准所带来的突变等。外界环境引入的变化包括地面光照在多云天气里迅速的变化，运动物体阴影，水面波浪或者波光粼粼现象，陆地上树枝的摆动，夜间汽车大灯造成的光晕，雨雪天气等现象。

　　另外摄像机在大风天，尤其是高灯杆上容易抖动，由上述这些现象造成的图像变化是应该被过滤掉的，它们可以通过算法或者其它技术手段加以解决。

　　从算法的角度来看，可以简单地分为两大类。一类是建立背景模型，通过和背景模型相对比来发现运动物体。另一类是通过"光流"法，通过发现运动物体对光流场的影响来发现运动物体。另外就是介于两者之间或者两者结合的方法。

　　3、多物体跟踪。跟踪实质上就是将在每一帧上发现的同一物体沿时间顺序串起来。此领域本身就是一个相对独立的活跃的研究领域。主要研究方向是在复杂环境下，如多个运动物体，多个摄像机，运动物体之间互相遮挡，消失及重现等情况下进行有效跟踪。

　　在实际监控应用中，尤其是对一些入侵报警的应用案例中，对跟踪算法的要求比较低。现有的系统对运动物体"融合"及其它复杂应用场景的跟踪效果并不理想。但是参照以往技术发展速度，这方面会很快完善起来。

　　4、行为特征分析。行为特征分析是从图像中寻找满足预先设定的行为特征的事件。目前市场上比较典型的应用包括：

　　(1)分类。判断运动物体是人、车、船只、飞机。停止或者突然加速，例如车辆在隧道或者公路上抛锚，大街上抢劫得手后逃跑等场景。

　　(2)徘徊。如在敏感区域外观察的人员。对正常通过的行人、车辆不报警。

　　(3)遗留物。如在机场，油库等地放置爆炸物然后离开。

　　(4)物品遗失。如博物馆的贵重展品当发现展品消失后系统会立刻报警。

　　(5)人数统计。如对进入超市等场所的人数进行统计，并结合销售数据绘制一天当中平均消费额曲线。

　　(6)人群密度。如当*人员过多时报警，或者人群突然散开出现异常情况时进行报警。

　　(7)人员倒地。如当人员由直立突然变成平躺。

　　总的来说，智能视频分析可以作很多事情，需要视频分析开发人员和最终用户进行有效沟通。由于智能视频分析还是一个较新的技术，在国内了解此项技术的圈子目前只拓展到集成商这个层面上，很多适合视频分析技术的应用场景还有待市场开发。但有一点是一目了然的，企业必须掌握核心技术并具有自主研究开发能力。智能视频分析市场是由许多细分小市场组成的，新的应用正不断地出现。

　　5、设定报警条件。在视频监控里引入"智能"极大地丰富了监控内容。目前可供选择的报警要素包括区域、时间段、物体种类、尺寸、运动方向、速度、行为特征等许多内容。

　　6、报警联动。在智能视频分析系统发现异常情况以后，通常需要作核实报警真实性，如通过另外一台云台相机对报警事件拉近进行详细调查，或者及时通知、提醒监控人员。常用实时提示方法包括语音、弹出图像、发送短信、截图等手段提示监控人员。

　　特殊功能

　　智能视频分析也可以解决港口的特殊需求。

　　尤其是在安全生产方面。例如在集装箱堆场干道的违章停车问题，集装箱卡车在桥吊下停车位置不准问题，煤堆场自燃报警等等。由于智能视频分析技术本身可以应用到很多领域，港口和视频分析公司之间都的沟通可以为港口带来很多全新的问题解决思路。

　　遇到的特殊问题

　　和其它智能视频分析的应用场景(如监狱，电厂，银行，要害机关等)相比，港口项目有以下一些难点需要引起注意：

　　1、范围大

　　港口的周界通常在几公里以上。通常也较为空旷。可供选择的安装点不一定能够满足典型智能视频分析系统的要求。这主要是由于现有产品的典型检测距离通常在几十米这个范围内，个别厂家可以做的远一些。从技术上讲，主要是分辨率和处理能力之间的矛盾。如果分辨率过高，由于数据量增大，一些低端的系统就无法实时处理如此大量的图像数据。对于港口而言，利用D1(704乘以576)图像进行分析是经常遇到的。

　　2、相机抖动

　　由于港口通常较开阔，面临海面或者江面，所以相机抖动是肯定存在的。即使将相机固定在很粗的灯杆上，在大风天也无法避免抖动现象。对采取背景模型法的固定相机，相机抖动必须有效补偿后才可以使用，否则将产生大量误报警。

　　3、水面波浪，反光。

　　以上技术难点在部分现有商业系统中得到解决。所以在选择系统时要加以甄别。

　　当要求对码头水域进行监控时，如对入侵的小舢板进行报警，如果不能很好地处理水面波浪和阳光反射造成的波光粼粼的现象也会造成大量误报警。

　　技术发展趋势

　　智能视频分析无论是技术还是市场成熟度都处于早期阶段。一些新产品、新功能不断涌现。总的来说，国外比国内的市场应用范围更广;国内自主研发的厂家较少，集成国外系统的厂家较多。从长远来看，视频监控系统朝智能化方向发展逐渐被政府部门、集成商以及最终用户所认同。如何选择进入市场时机，在利用智能视频分析技术提升港口安保水平，进而提升货主满意度和寻找成熟技术之间达到一个平衡，是港口安防部门需要结合自身情况考虑的问题。