安防视频监控新技术的发展应用

摘要：社会飞速发展，人们生活水平不断提高，安居才能乐业，平安城市、平安中国的建设大大促进了安防技术的发展。近几年来安防新技术、新产品的运用，大大提高了破案率和安防系统的威慑力。文章主要介绍了安防视频监控统新技术的发展应用，安防系统只能用于事后处理的被动局面大为改观。

一、视频高还原性

还原现场是视频监控永恒的课题。视频监控在高还原性方面的发展主要表现在高清和模糊图像还原上。

（1）高清视频监控   

目前各种摄像机所具有的功能，如高分辨率、低照度、宽动态、大信噪比、自动增益、白平衡、降噪、去抖动、图像均衡、Gamma校正、背光补偿、日夜转换、强光抑制、夜间补光等等，都是为实现较好的现场还原这一目的服务的。过去视频图像能达到标准清晰度4CIF或D1就很不错了。但4CIF的分辨率仅为704×576，D1也只有720×576,而高清的清晰度则成倍甚至成几倍地提高了——的分辨率为1280×720，1080p为1920×1080。标清的像素为40万4CIF,高清已达100万、200万，甚至上千万了。

（2）模糊图像还原

在某些应用领域中，当视频源不清晰，甚至十分模糊时，需要还原其本来面貌——采用影像降质诊断算法、高质量任意模糊去除算法、监控问题处理方法推荐机制、模式化场景处理综合方法、参数交叉遍历交互模式、渐进式自动配准流程等技术实现模糊图像还原。我国已布局的视频监控系统大部分没有解决夜间照明问题，所获得的夜间监控图像十分模糊，甚至难分辨，而夜间是发案率极高的时段；因此模糊图像还原具有较大的现实意义。此外，在某些情况下，模糊图像的还原还具有极高的刑侦及军事价值

（3）宽视角

普通摄像机的视角一般为几十度，广角摄像机的视角也达不到180°，用2~４个摄像机组成的一体化宽视角摄像机（即鱼眼摄像机）则能轻松地获得180°，甚至是360°的视角

（4）数字化、网络化、智能化

数字化是视频监控技术突飞猛进地发展的基础。20世纪90年代以前，在模拟体制下无法实现远距离操控、系统规模不能任意扩充、难以实现大规模长时间的图像储存„„随着视频监控技术数字化、网络化发展的兴起，随着数字视频监控图像损伤及延迟两大弱点的逐渐克服，视频监控有了更广泛的应用——

二、视频报警

（1）早期的视频报警只能做到将画面的某个部位设为禁区，一旦有人进入禁区即报警而已。目前视频报警的功能和运用已得到了很大的扩展：入侵检测报警（翻越报警），与红外对射报警相当，可以展现报警现场，可以做到多目标报警、多目标跟踪及跟踪交接非法停车检测报警，即当车辆停入禁停区域时报警、徘徊检测报警，即当有人非法闯入禁区且徘徊不定时报警实现PTZ自动跟踪；遗弃物检测报警，即当有人故意将物体遗弃在公共场合或设定区域时报警；物品搬移检测报警，即在原视场内的物体被搬移（丢失）时报警；自动PTZ跟踪，即当目标车辆出现在摄像机视场后对其进行自动PTZ跟踪；目前在跟踪交接功能上尚不理想；游泳池溺水检测报警，即利用水下、水上摄像机覆盖游泳池水面、水下全景，当发现泳者沉于池底或在水中挣扎的现象时进行报警；人数统计，应用于场馆、景区、公共场所等区域，支持进入、离开等方向性统计，可在人数达到一定界限时报警，提示监控中心关注现场状况；人员聚集检测，即监测特定或敏感区域（如广场、政府部门门口等）内的人员数量，当人群密度超过用户设定值时报警，减少由于人员聚集引发的不安定事件的发生；行为异常检测，即针对案件高发区域，在特定时段检测暴力扭打、斗殴等激烈行为，提醒监控中心人员关注、处理；行为异常分析，对目标场景内人群的剧烈运动（如扭打）等检测、报警。视频报警的应用越来越多，且均基于视频监控，即根据监控画面的变化，运用特定的软件模块进行分析判断，然后发出报警信号，并对报警现场进行跟踪。视频报警对报警与警情现场的展现能够为处警者的正确决策、迅速处警提供充分的依据，具有利用其他物理原理实现的报警手段所不及的优势。此外，视频监控报警还提高了报警准确度，以及事件处理速度与事后检索效率

（2）视频智能分析

上述视频报警本身就是基于视频智能分析实现的，当然更复杂的视频智能分析应用还有待开发。智能视频分析有两种模式：前端DSP嵌入式，以及后台服务器处理式。前端点式工作的系统架构不够灵活；在大规模、大系统、大范围布局要求的推动下，基于后台PC处理的智能视频分析模式有了较快发展。通过应用智能视频分析能够真正实现7×24小时全天候监控——监控系统能自动进行视频智能监控；值班人员只需对告警图像进行确认和处理，无需时时紧盯多个监控屏幕，监控效率能得到大幅提高。智能视觉摄像机可以在远距离、光线不足、低对比度、环境伪装等的挑战下识别人眼无法分辨的细微变化，从而发现入侵行为；能自动报警，并可自动跟踪、跟踪交接、形成联防；更可贵的是能支撑预防、预警，推动人防、技防的结合，改变以往只能在事件发生后分析查证的被动局面。视频智能分析的技术原理目前有两种：基于背景建模技术，以及基于光流变化的异常事件检测分析。 通过应用视频智能分析还可实现视频侦查智能搜索、快速定位。目前为了取证一段录像，需连续不断地调阅历史录像，造成大量人力、物力的浪费。而从海量存储中迅速准确地找到用户感兴趣的片段这个棘手问题，正是可以利用视频智能分析来解决的，比如在DVR中填入IP地址、用户名、密码、端口号、设备类型、通道号、文件类型、开始时间、结束时间，使得用户通过简单的操作即可从DVR中找到所需的图像（人脸、车牌）等。应用视频智能分析还能实现视频质量诊断，实现视频系统的智能化故障分析与预警，对视频图像的雪花、滚屏、模糊、偏色、画面冻结、增益失衡、云台失控、视频信号丢失等多种摄像头故障、视频信号干扰、视频质量下降进行准确的判断和报警。监控系统按照诊断预案自动对摄像头进行检测，并记录检测结果。用户可通过Web网页对系统运行情况进行监控，接收、处理报警，查询历史信息，系统可根据摄像头所在区域、品牌、故障类型、故障严重程度等不同属性进行统计分析。人脸识别技术是最典型、最需要开发的视频智能分析技术，涉及人脸图像采集、人脸定位、人脸识别预处理、身份确认以及身份查找等一系列相关技术。目前人脸识别技术有三种模式，分别基于可见光、近红外与三维人脸技术。基于红外光和三维识别技术的人脸识别都需要专门的采集条件支持；因此对于大规模应用而言，理想的人脸识别方式是采用基于可见光的人脸识别技术。人脸识别之所以被普遍看好且已在不同领域（如追逃、重点部位门禁、取款机等）得到应用，主要是因为其自然性和不为被测个体察觉的特点。目前人脸识别抓拍率可达95%左右；在人脸部位区域分辨率不低于120×120个像素（比较好的系统支持分辨率的下限可降至80×80个像素）的前提下，人脸建模成功率在65%左右；经对比识别后，人脸识别的成功率能达到60%左右（但并非所有系统都能达到这个水平）。要满足抓拍建模等的需要，应选用高清摄像机。     

就当前的技术水平而言，智能视频监控、视频智能分析只是所属领域初步的研发成果，尚有较多的不尽实用之处。对于“大厅广众”、人员集聚的场合来说，采用人脸识别的方法找出嫌疑人是困难的。而从技术角度讲，视频分析的效果也受限于系统核心组件的运算、交换、对比能力。但总地来说，视频识别、视频智能分析、视频报警、视频报警后的自动跟踪和跟踪交接等开辟了智能视频的新领域，让智能安随着微处理器、微机的功能、性能的增强和提高，多媒体技术的应用，系统在功能、性能、可靠性、结构方式等方面都发生了很大的变化，视频监控系统的构成更加方便灵活、与其它技术系统的接口趋于规范，人机交互界面更为友好。但由于视频监控系统中信息流的形态没有变，仍为模拟的视频信号，系统的网络结构主要是一种单功能、单向、集总方式的信息采集网络，具有介质专用的特点，因此系统尽管已发展到很高的水平，已无太多潜力可挖，其局限性依然存在，要满足更高的要求，数字化是必由之路。

◆模拟监控系统的主要缺点：   A．通常只适合于小范围的区域监控模拟视频信号的传输工具主要是同轴电缆，而同轴电缆传输模拟视频信号的距离不大于1Km，双绞线的距离更短，这就决定了模拟监控只适合于单个大楼、小的居民区以及其它小范围的场所；   B．系统的扩展能力差，对于已经建好的系统，如要增加新的监控点，往往是牵一发而动全身，新的设备也很难添加到原有的系统之中； C．无法形成有效的报警联动在模拟监控系统中，由于各部分独立运作，相互之间的控制协议很难互通，联动只能在有限的范围内进行。

传统的数字视频监控系统   ◆传统的数字监控录像系统通常分为两类：一类是基于PC机组合的计算机多媒体工作方式；另一类是嵌入式数字监控录像系统。

计算机多媒体方式的数字监控录像系统。数字视频压缩编码技术日益成熟，计算机的普及化，为基于PC机的多媒体监控创造了条件。这种新型视频监控系统的迅速崛起，部分地取代了以视频矩阵图像分割器、录像机为核心，辅以其它传送器的模拟视频监控模式，其优越性主要表现在：   A．PC机的多媒体监控主机综合了视频矩阵、图像分割器、录像机等的众多功能，使系统结构大为简化。   B．由于采用计算机网络技术，数字多媒体远程网络监控不受距离限制；   C．由于采用大容量磁盘阵列存盘器或光盘存储器，可以节省大量的磁带介质，同时有利于系统实现多媒体信息查询。   但随着基于PC机的视频监控录像系统的发展，在实际工程使用过程中，也暴露出一些不足，主要是系统工作的不稳定性。硬件设计的缺点：PC机，兼容PC机用于24小时不间断工作时，其性能是不很稳定的，工控PC机相对于兼容PC机的稳定性有一个档次上的提高，适用于较复杂的工作环境；视频监控录像系统通常均为多路输入系统，视频采集卡可采用多卡方式，也可采用单卡方式。一般说，单卡方式集成度高，稳定性会优于多卡方式，很多采用一路一卡的方式容易形成硬件冲突，对其稳定性会有很大的影响。目前市场上也有部分为追求高帧数而设计采用多卡进行迭加的多路单卡设备，但其仍在计算机的总线上进行传输、处理，不可能会有质的飞跃。   

嵌入方式的视频监控系统。嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积等综合性要求严格的专用计算机系统，亦即为监控系统量体裁衣的专用计算机系统。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。

嵌入式操作系统是一种实时的，支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等，嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依靠性、软件固态化及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。

◆基于网络摄像机的视频监控系统     

新一代网络摄像机将普通摄像机、视频压缩卡和网络转换器集成于一体，将图像转换为基于TCP/IP网络协议的数据包，使摄像机所摄取的画面通过RJ－45以太网接口直接传送到网络，用户可以通过网络监视远端画面。使用网络摄像机可为监控系统的开发和使用带来许多优越性。首先，先进型。监控点现场可以实现数字化和网络化，可直接利用已有的计算机网络综合布线传输图像，并进行监控；性价比高。系统所需设备简单，系统的控制全由后端软件完成，省去了传统的监控系统中大量的昂贵的设备；适应现场能力强。设备可靠性、稳定性好，能做到无人职守和远程控制，实现基于网络的集中管理；扩展和延伸性好。当需要增加新的监控地点时，只需在现有网络中增加一台网络摄像机即可，不需要对现有布线系统做任何改动。所以网络摄像机有以上的优点，但是自1997年第一台网络摄像机问世以来，它并没有像人们预料的那样迅速普及，其主要原因就是相应的控制软件的研发相对滞后，大大影响了它的普及推广。

四、 视频监控系统的新发展   视频监控系统的发展方向。

前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，所以，视频监控发展的最大两个特点就是数字化和网络化。   

数字化，数字化是21世纪的特征，是以信息技术为核心的电子技术发展的必然，数字化是迈向成长的通行证，随着时代的发展，我们的生存环境将变得越来越数字化。视频监控系统的数字化首先应该是系统中信息流（包括视频、音频、控制等）从模拟状态转为数字状态，这将彻底打破“经典闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心”的结构，根本上改变视频监控系统的信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式。信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，使视频监控系统与安防系统中其它各子系统间实现无缝连接，并在统一的操作平台上实现管理和控制，这也是系统集成化的含义。

网络化，今天伴随着网络视频监控的成熟和普及从06年中国电信、中国网通推出运营级网络视频监控服务，到近年来以平安城市为首的大量行业监控系统全面转向网络化，带动了整个安防的网络化转型，网络化的概念和网络化的应用越来越普及；外部环境另一方面指的是IP摄像机产业的逐渐形成，IP摄像机越来越多、产品种类也越来越丰富。网络化是NVR（网络硬盘录像机）的基础，而IP摄像机是与NVR（网络硬盘录像机）紧密相关的，这两个方面的成长和成熟，有效的促进了NVR（网络硬盘录像机）的成长今天，高清时代的到来，高清监控必然是全网络化的。   

纵观以上观点，就不难理解为什么网络数字视频监控系统正成为视频监控领域研究的热点和发展方向。                         

综上所述，无论是视频监控技术还是其他安防子系统的技术，其发展趋势均以数字化为前提，以网络运用为基础，以智能化、智慧化为方向。在这种趋势下，信息采集、传输、信息处理/控制、管理、显示/记录等方面的新技术如雨后春笋般不断涌现；而这些新技术不断转化为产品并运用于实际工程，不仅改变了三大基本防范手段的排序，彰显了技术防范的重要作用，而且正在改变着安防“事件”事后处理的固有模式。