基于智能視頻監(jiān)控的安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)(一)
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0 引 言
隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步,公眾對(duì)安全防范的意識(shí)也在逐步提升,視頻監(jiān)控系統(tǒng)越來(lái)越多的被應(yīng)用于企業(yè)、學(xué)校、銀行、居民區(qū)中。 但是目前,多數(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)都只是提供實(shí)時(shí)圖像給工作人員,由人工監(jiān)視處理。 這樣的監(jiān)控方式存在著諸多的不足:第一,絕大多數(shù)的此類系統(tǒng)不可能在數(shù)量上按照1:1 的比例配置攝像機(jī)和監(jiān)視器,那么大部分的監(jiān)視點(diǎn)都不能時(shí)刻處于監(jiān)控狀態(tài);第二,有試驗(yàn)顯示,人如果連續(xù)觀察2 個(gè)以上的監(jiān)視器,10分鐘后,將錯(cuò)過(guò)45 %的場(chǎng)景,22 分鐘后,會(huì)錯(cuò)過(guò)95 %的場(chǎng)景,效率極其低下;第三,既然實(shí)時(shí)監(jiān)看不符合人的心理與生理特征,為了不漏掉沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的情況,只好進(jìn)行24 小時(shí)視頻錄像,以便事后調(diào)閱。 這就產(chǎn)生了大量無(wú)用信息,少量的有用信息淹沒(méi)在其中,想獲取這些有用信息變得更加困難;第四,業(yè)務(wù)功能單一,由于不具備智能分析能力和聯(lián)動(dòng)處理能力,只能“監(jiān)”視,而缺少防“控”處置的能力。
智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)是采用人工智能、模式識(shí)別、概率論和圖像處理技術(shù),借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力來(lái)分析視頻數(shù)據(jù),過(guò)濾掉圖像中的無(wú)用信息或干擾信息、抽取視頻源中的關(guān)鍵信息、判斷有無(wú)異常情況,并以最快、最佳的方式進(jìn)行處理。 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)能有效進(jìn)行事前預(yù)警、事中處理、事后及時(shí)取證,是全自動(dòng)、全天候、實(shí)時(shí)監(jiān)控的智能系統(tǒng)。
1 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能分析
首先,智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)采集到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析,并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用,例如,當(dāng)偵測(cè)到有目標(biāo)進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)鎖定該目標(biāo)、并進(jìn)行跟蹤拍攝錄像、同時(shí)觸發(fā)相應(yīng)報(bào)警聯(lián)動(dòng);可以實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別和車牌識(shí)別,智能記錄人員和車輛的出入情況;結(jié)合圖像融合算法,實(shí)現(xiàn)紅外光和可見(jiàn)光圖像的融合,增強(qiáng)夜間監(jiān)控的可靠性。
其次,智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)能有效集成其他安防設(shè)備,例如門禁系統(tǒng)、紅外探測(cè)器、煙溫感探頭、警鈴等,實(shí)現(xiàn)安防工作的一體化、集成化,充分發(fā)揮系統(tǒng)的最大效能。 比如當(dāng)紅外探測(cè)器發(fā)現(xiàn)不明目標(biāo)進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域,系統(tǒng)會(huì)迅速發(fā)出指令要求相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的預(yù)置位,拉響警鈴,并提示管理員查看該路視頻信號(hào)。 這種集成的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式多樣,能大大降低誤報(bào)率,提高安防工作的效率。
第三,智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)能感知前端攝像機(jī)的工作狀態(tài),如視頻模糊、視頻遮擋、視頻丟失、視角變換等。 譬如在一個(gè)大型的監(jiān)控系統(tǒng)中,通常會(huì)有幾百乃至幾千路監(jiān)控點(diǎn),監(jiān)控中心的值班人員最多只能監(jiān)視其中幾十路視頻圖像而已,當(dāng)其中某一路視頻被有意或無(wú)意遮擋時(shí),值班人員很難及時(shí)發(fā)現(xiàn),從而帶來(lái)重大安全隱患。 系統(tǒng)具備一定的自我檢測(cè)能力,能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、修復(fù)系統(tǒng)問(wèn)題,保障系統(tǒng)正常運(yùn)行。
第四,智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)錄像提供自動(dòng)證據(jù)視頻檢索,該功能利用目標(biāo)偵測(cè)技術(shù)獲得目標(biāo)的類型、形狀、大小、速度、位置、顏色、以及其他特定的目標(biāo)標(biāo)志信息,從而生成豐富的視頻索引,實(shí)現(xiàn)特定視頻段檢索或者目標(biāo)事件檢索。 例如輸入“8月23日14:00”到“8月23日16:00”間,走過(guò)“6 kV配電間”的“戴藍(lán)帽子”人員,系統(tǒng)能根據(jù)這些關(guān)鍵信息點(diǎn)為用戶查找到相關(guān)錄像,極大的提升了視頻分析的效率。
2 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
文中提出的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)可分成軟件和硬件兩大部分(如圖1 所示)。 軟件部分由系統(tǒng)后臺(tái)監(jiān)控端、管理端、服務(wù)端和數(shù)據(jù)庫(kù)四部分組成;硬件部分主要包括:網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機(jī)、I/O 電子控制器、各類報(bào)警傳感器、探照燈、門禁讀卡器、門禁控制器等。
2.1.1 軟件部分組成
(1)監(jiān)控端:它是智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信息處理單元,承擔(dān)著連接用戶與中心服務(wù)器的任務(wù),是信息的中轉(zhuǎn)站,也是確保用戶能第一時(shí)間接收到視頻信息和報(bào)警的關(guān)鍵。 它的主要功能有:查看實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像,接收?qǐng)?bào)警提示,查詢歷史告警記錄,遙控操作各類報(bào)警設(shè)備。
(2)管理端:主要用于人員權(quán)限配置,硬件設(shè)備配置,系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)報(bào)警方案設(shè)定、定時(shí)計(jì)劃方案管理。
(3)服務(wù)端:作為智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的神經(jīng)中樞,它承擔(dān)著硬件設(shè)備的管理、數(shù)據(jù)通信、歷史視頻記錄管理、網(wǎng)絡(luò)擁塞控制、報(bào)警智能處理等眾多職責(zé)。
為了保證系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性及易用性,監(jiān)控端、管理端、服務(wù)端均采用C#語(yǔ)言編寫(xiě),運(yùn)行于微軟的WINODWS操作系統(tǒng)之上。
(4)數(shù)據(jù)庫(kù):采用微軟的SQL2005數(shù)據(jù)庫(kù),它的性能較為優(yōu)異,操作相對(duì)簡(jiǎn)單,有比較高的安全性。 系統(tǒng)里所有的硬件信息、人員信息、報(bào)警處置方案、報(bào)警歷史記錄、視頻索引全在儲(chǔ)存在這里,便于修改調(diào)用。[!--empirenews.page--]
2.1.2 硬件部分組成
(1)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī):由鏡頭、圖像/聲音采集器、數(shù)字圖像/聲音編碼器、網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器等部分組成。 它內(nèi)置SD 卡等儲(chǔ)存設(shè)備,有一定的存儲(chǔ)能力;圖像視頻/音頻輸出信號(hào)質(zhì)量較好,支持流行的M-JPEG/H.264 編解碼。 最重要的是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)擁有內(nèi)置處理器,能夠借助先進(jìn)的圖像分析算法,實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻圖像的目標(biāo)識(shí)別、提取、分類及行為分析,一旦檢測(cè)到出現(xiàn)異常狀況,能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)向系統(tǒng)服務(wù)端發(fā)出告警信息。
(2)I/O 控制器:即輸入輸出(Input and output)控制器,它能接收并轉(zhuǎn)換其他設(shè)備發(fā)來(lái)的電信號(hào),也能向這些設(shè)備發(fā)送適當(dāng)?shù)碾娦盘?hào)序列;具有網(wǎng)絡(luò)通信接口,支持TCP/IP 等常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議,能與其他設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換信息;擁有一定容量的報(bào)警數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能,在網(wǎng)絡(luò)不通暢的情況能夠在本地記錄報(bào)警信息;接口較為豐富,擁有RS-232/RS-485 等通訊接口,能夠兼容市場(chǎng)上常見(jiàn)的報(bào)警設(shè)備。
(3)門禁控制器:擁有內(nèi)置卡號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù),支持本地刷卡驗(yàn)證;可以遠(yuǎn)程開(kāi)、關(guān)門禁;當(dāng)門禁控制器出現(xiàn)意外情況時(shí)能夠向用戶發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
(4)各類報(bào)警設(shè)備,如電子圍欄、紅外探測(cè)器、火警探測(cè)器、輔助照明、報(bào)警按鈕等。
2.2 系統(tǒng)工作流程
系統(tǒng)工作流程如圖2 所示,前端攝像機(jī)采集到視頻信號(hào)后,由內(nèi)置的嵌入式處理器直接做數(shù)字圖像分析,提取出有價(jià)值的目標(biāo)。 對(duì)其的形態(tài)及行為趨勢(shì)做分析判斷,如果認(rèn)定有異常情況出現(xiàn),便向服務(wù)端發(fā)送相關(guān)的異常告警信息,由服務(wù)端參照用戶預(yù)先設(shè)定的報(bào)警規(guī)則,對(duì)異常告警做詳細(xì)分析,如果符合預(yù)設(shè)的報(bào)警條件,系統(tǒng)向工作人員發(fā)出報(bào)警信息,同時(shí)按照預(yù)設(shè)告警處置方案發(fā)送控制指令給相關(guān)I/O 控制器、門禁控制器,進(jìn)行安全管控。
系統(tǒng)預(yù)設(shè)報(bào)警規(guī)則的目的,是為了能夠在各種環(huán)境下,對(duì)其監(jiān)控地點(diǎn)發(fā)生的異常狀態(tài)進(jìn)行分析時(shí),都能盡量準(zhǔn)確,減少漏報(bào)、誤報(bào)的發(fā)生。
為此,首先要根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)所處環(huán)境類型,將預(yù)警設(shè)置的場(chǎng)景劃分為室內(nèi)、室外、白天以及夜晚四個(gè)大類,對(duì)待監(jiān)控的目標(biāo)則可以劃分為人、機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車以及動(dòng)物等幾大類。
其次,在完成現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境類型與預(yù)警目標(biāo)的設(shè)置之后,要對(duì)監(jiān)控的區(qū)域進(jìn)行劃分,具體來(lái)說(shuō)可劃分為警戒區(qū)、非警戒區(qū)、監(jiān)視區(qū)等多種警戒類型。 將警戒類型與目標(biāo)類型巧妙的結(jié)合起來(lái),可以充分發(fā)揮智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在信號(hào)采集與數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢(shì),在不同的環(huán)境下、針對(duì)不同的警戒類型、根據(jù)不同的實(shí)際情況、及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)出預(yù)警,從而有效地提高預(yù)警的針對(duì)性與準(zhǔn)確性。