高清衛(wèi)星圖GIS的智能視頻監(jiān)控技術(shù)方案

當(dāng)前，主流的視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用“井字格”的方式，即在電視墻或者顯示器上顯示視頻圖像。這種方式的優(yōu)點是容易實現(xiàn)，讓用戶直接看到最原始的視頻信息。但是這些視頻信息無不缺乏全局性，而GIS視頻監(jiān)控界面是對“井字格”式的傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)一個有益的補充?；贕IS的視頻監(jiān)控界面的優(yōu)點主要體現(xiàn)在：

1、便于用戶迅速理解全局安全態(tài)勢，判斷觸警位置，快速制定響應(yīng)方案。使用“井字格”方式顯示視頻圖像就像以管窺豹，雖然眾多攝像機圖像都被顯示，但由于攝像機點位、觀察角度甚多，用戶仍難以快速理解或判斷監(jiān)控區(qū)域的整體態(tài)勢?？梢韵胂螽?dāng)有觸警事件發(fā)生時，監(jiān)控人員需要根據(jù)圖像不斷辨識目標(biāo)的真實方位，既增加了監(jiān)控疲勞程度，又降低了監(jiān)控人員體驗滿意度，響應(yīng)非常被動，其實這是視頻監(jiān)控行業(yè)的普遍問題。

而在GIS框架下，能將局部信息有效組織，其不僅是局部信息的簡單疊加，它可以幫助用戶提煉理解全局態(tài)勢，例如目前監(jiān)視的目標(biāo)的運動趨勢等，以便更及時有效地做出決策。

2、可以自然地和其它非視頻信息集成，形成統(tǒng)一操作平臺。除了視頻圖像以外，GIS界面可以方便地集成GPS、門禁、RFID、消防等非視頻傳感器信息，是多傳感器信息融合最自然的界面選擇。

3、在GIS界面上可實現(xiàn)的新功能：

新業(yè)務(wù)功能：對車輛脫離指定運動軌跡的監(jiān)控報警；

新的使用管理方法：通過GIS界面快速調(diào)閱、管理局部區(qū)域內(nèi)的監(jiān)控點，例如在某個關(guān)鍵部位用鼠標(biāo)畫框或者點擊區(qū)域，自動彈出此區(qū)域及相鄰位置的攝像機圖像。在GIS界面上快速制定報警策略，而不必在每個攝像機中逐個進(jìn)行設(shè)置等。

高清衛(wèi)星圖的GIS監(jiān)控界面

當(dāng)前主流的視頻監(jiān)控GIS界面采用類似于谷歌地圖的電子地圖。作為視頻圖像信息的承載體，采用視頻高清衛(wèi)星圖更為自然，同時也能產(chǎn)生更高級的應(yīng)用。 

目前電子地圖和智能視頻監(jiān)控的結(jié)合主要體現(xiàn)在當(dāng)智能視頻監(jiān)控發(fā)現(xiàn)異常的時候，對應(yīng)監(jiān)控區(qū)域可以通過閃動等形式表示觸警。但是這種觸發(fā)不夠精細(xì)，是一種“開關(guān)量”式的表達(dá)方式，對于監(jiān)控區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的運動軌跡等信息無法表示，自然也就不能表達(dá)自動跟蹤等高級功能。

電子地圖可以理解為一種簡化了的衛(wèi)星圖。但是正是這些被簡化掉的信息，可以被用來在衛(wèi)星圖和監(jiān)控圖像之間通過數(shù)學(xué)方法，自動建立起一種匹配關(guān)系，從而可以使在攝像機中發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)信息在衛(wèi)星圖上準(zhǔn)確標(biāo)注出來。例如發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)運動軌跡可以轉(zhuǎn)換成目標(biāo)在衛(wèi)星圖上的運動軌跡，從而可以將運動目標(biāo)信息在衛(wèi)星圖上統(tǒng)一呈現(xiàn)出來。 

將高清衛(wèi)星圖作為背景可以增強系統(tǒng)的真實感，更便于監(jiān)控人員理解和接受。同時，由于建立攝像機和GIS的匹配關(guān)系需要衛(wèi)星圖，所以使用衛(wèi)星圖不是錦上添花，而是必須的。

衡量監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)

美國安防界總結(jié)的安防至高境界是“Situational Awareness”，即態(tài)勢感知。從而提供“actionable”，即可操作的決策信息。一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)的價值主要體現(xiàn)在能否在觸警事件發(fā)生后的一段時間內(nèi)，為用戶提供及時、有效和可操作的信息。

攝像機點位合理充足、圖像清晰、電視墻壯觀、智能分析誤報率低等等，這些都是客戶對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的常見要求。但是如果這些要求不能轉(zhuǎn)化成可操作的決策及應(yīng)急措施，花巨資的系統(tǒng)可能就是一個形象工程。所以信息的“可操作性”是衡量視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)劣的根本標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)前視頻監(jiān)控的瓶頸

目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要應(yīng)用模式還是“事后調(diào)查取證”，是亡羊補牢而不是防患于未然。在海量信息面前，人們寄希望于智能視頻分析能有效過濾掉絕大多數(shù)的無用信息，將有用信息推送到用戶面前。智能視頻分析是一個非常有潛力的發(fā)展方向，但是現(xiàn)在也存在一些問題。本文主要關(guān)注如何將智能視頻分析的結(jié)果有效呈現(xiàn)給用戶，這恰恰是目前監(jiān)控行業(yè)考慮比較少的一個問題。

監(jiān)視信息各自獨立。現(xiàn)有的主流智能視頻監(jiān)控對每一路圖像分別進(jìn)行智能分析，將分析結(jié)果推送給用戶。各攝像機資源沒有得到配合、協(xié)同。同一運動目標(biāo)經(jīng)過多個攝像機視野會被報告為多個獨立的錄像片段。由于每個攝像機觸警條件不同，當(dāng)物體在一個攝像機視野內(nèi)觸發(fā)報警，運動到其它攝像機視野的時候，很可能被視作為正常的運動物體。所以主流智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)或僅在某一個攝像機觸發(fā)報警。由于時間短，監(jiān)控人員有可能來不及反應(yīng)，從而丟失目標(biāo)。

具有多攝像機協(xié)同功能的系統(tǒng)可以保持對觸警目標(biāo)跨區(qū)域的持續(xù)跟蹤。從而成倍地增加對目標(biāo)的監(jiān)控時間。大大提高決策的準(zhǔn)確性和有效性。如果將對觸警目標(biāo)的跟蹤時間作為考核一個視頻監(jiān)控系統(tǒng)價值的標(biāo)準(zhǔn)，具有多攝像機協(xié)同功能的系統(tǒng)的價值是普通智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的好多倍。

基于目標(biāo)的智能視頻監(jiān)控

基于目標(biāo)的智能視頻監(jiān)控技術(shù)是目前國際上監(jiān)控行業(yè)提出的一個新概念。它是相對于目前主流的基于攝像機的智能視頻監(jiān)控技術(shù)而言的，是它的升級和延伸?；跀z像機的主流技術(shù)沒有在攝像機之間分享、關(guān)聯(lián)信息，信息源之間是獨立的。基于目標(biāo)的技術(shù)強調(diào)突破基于攝像機的技術(shù)對信息共享的束縛，在系統(tǒng)范圍內(nèi)協(xié)同調(diào)配監(jiān)控資源。自動關(guān)聯(lián)攝像機之間來自同一目標(biāo)的信息。最終達(dá)到的目的是讓用戶“忘掉”某個攝像機，不需要知道攝像機的點位和朝向，僅需要關(guān)心和業(yè)務(wù)相關(guān)的目標(biāo)，從而非常直接、方便地了解當(dāng)前的安全態(tài)勢，及時有效地制定出響應(yīng)對策。

讓監(jiān)控信息的表達(dá)更簡單直接是基于目標(biāo)的智能視頻監(jiān)控技術(shù)的核心思想。

智能視頻監(jiān)控的本質(zhì)就是一個海量信息的提取和過濾過程。主流的智能視頻監(jiān)控技術(shù)實現(xiàn)了可操作(Actionable)信息元素的提取，基于目標(biāo)的智能視頻監(jiān)控技術(shù)就是將這些元素進(jìn)行有效的組織，進(jìn)一步梳理和過濾信息，并呈獻(xiàn)給用戶，讓用戶感覺簡單和直接。

基于目標(biāo)的智能視頻監(jiān)控技術(shù)的兩個支撐技術(shù)是：一是多攝像機(監(jiān)控點)協(xié)同；二是基于衛(wèi)星圖的集成信息的呈現(xiàn)，下圖描述了兩支撐技術(shù)和基于目標(biāo)監(jiān)控的關(guān)系。 

實現(xiàn)多攝像機協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù)

攝像機目標(biāo)“握手”、協(xié)同技術(shù)

GIS(高清衛(wèi)星圖)作為多攝像機協(xié)同技術(shù)的平臺基礎(chǔ)是非常理想的。如果采用“井字格”形式的監(jiān)控形式，攝像機之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系非常難確立。同一個目標(biāo)在相鄰攝像機之間由于視角、變焦、成像敏感度、顏色差異等，會對目標(biāo)在不同攝像機之間“握手”(Re-identification)造成較大困難。通過利用GIS作為統(tǒng)一平臺，不同攝像機之間的目標(biāo)可以投射到GIS上面，從而利用位置約束來有效“握手”，大大提高了多攝像機協(xié)同的有效性。

將多攝像機放在系統(tǒng)層面上來考慮可以很自然地引入資源調(diào)配的概念。就是對運動目標(biāo)的前進(jìn)方向進(jìn)行預(yù)判，提前調(diào)度監(jiān)控資源。例如讓云臺攝像機在某個預(yù)置位“迎接”運動物體，在分叉口上可以調(diào)集多個云臺攝像機進(jìn)行準(zhǔn)備，從而提高“握手”的成功率，用少量的攝像機達(dá)到覆蓋大面積監(jiān)控區(qū)域的目的。

動態(tài)平臺跟蹤技術(shù)

在固定攝像機中進(jìn)行目標(biāo)跟蹤是較為成熟的技術(shù)，為了用少量攝像機覆蓋較大監(jiān)控面積，通常需要使用動態(tài)平臺跟蹤技術(shù)，即云臺目標(biāo)跟蹤技術(shù)。

相對于固定攝像機，由于沒有背景模型的支撐，在云臺攝像機上保持對目標(biāo)的跟蹤難度大大增加。尤其當(dāng)需要攝像機變倍來放大目標(biāo)，目標(biāo)轉(zhuǎn)彎造成目標(biāo)圖像形態(tài)發(fā)生較大變化等情況下目標(biāo)容易丟失?？煽康脑婆_跟蹤是當(dāng)前非常先進(jìn)的技術(shù)，也是國際上活躍的研究方向。

目前市場上有少量具有云臺跟蹤功能的產(chǎn)品，但是廠家并沒有重點推廣此功能。所以在選擇此類產(chǎn)品的時候，一定要關(guān)注實際效果。單獨的云臺跟蹤產(chǎn)品對于較大監(jiān)控系統(tǒng)(幾十個及以上探頭)的監(jiān)控效率的提升是有限的，云臺跟蹤產(chǎn)品可以做到在系統(tǒng)范圍內(nèi)調(diào)配、協(xié)同，才能真正發(fā)揮多攝像機協(xié)同的效能。

模式識別技術(shù)

智能視頻分析的一個特點就是可以對運動目標(biāo)的屬性，例如人、小汽車、大卡車、自行車(摩托車)、人群等進(jìn)行模式識別。這些運動目標(biāo)可以利用圖標(biāo)形式在GIS界面上將它們的屬性及軌跡表示出來。人用人的圖標(biāo)，車用車的圖標(biāo)。對于用戶不關(guān)心的運動物體可以不顯示，從而對海量圖像信息進(jìn)行有效過濾，將信息量控制在人生理上可以接受的范圍之內(nèi)。

人車分類為主的模式識別技術(shù)和車牌識別、人臉識別屬于一類技術(shù)，但由于相對來說使用環(huán)境更多樣、人車大小不一、角度更多變，所以成熟度相對差一些，但是此類技術(shù)正迅速實用化，可以期待在近期接近或者可達(dá)到人臉識別的準(zhǔn)確度。

攝像機信息衛(wèi)星圖集成技術(shù)

監(jiān)控攝像機圖像和衛(wèi)星圖本質(zhì)上都是圖像。

可以通過將它們之間的共同特征進(jìn)行匹配，從而實現(xiàn)監(jiān)控攝像機圖像和衛(wèi)星圖之間的映射關(guān)系。也就是說攝像機中的像素和衛(wèi)星圖位置之間形成一一映射的關(guān)系。在攝像機中發(fā)現(xiàn)的運動物體軌跡可以同樣在衛(wèi)星圖中表達(dá)出來。

每個攝像機在衛(wèi)星圖上的相應(yīng)區(qū)域“投射”目標(biāo)信息，形成一個完整的、實時的運動目標(biāo)全局態(tài)勢圖。

攝像機信息衛(wèi)星圖集成技術(shù)本質(zhì)上就是將不同的攝像機視角通過數(shù)學(xué)變換，轉(zhuǎn)換成一個統(tǒng)一的從高空俯瞰的衛(wèi)星視角，從而消除了不同視角方向帶來的對全局態(tài)勢判斷的困惑，能簡單直接地表達(dá)出目標(biāo)信息。

結(jié)語

本文介紹了一種目前在國際上先進(jìn)的基于目標(biāo)的智能視頻監(jiān)控模式。其核心思想就是讓用戶“忘掉”攝像機、“忘掉”井字格形式的傳統(tǒng)監(jiān)控方式，從用戶真正關(guān)心的目標(biāo)的角度去使用監(jiān)控系統(tǒng)。它核心技術(shù)是多攝像機協(xié)同和基于高清衛(wèi)星圖的全局信息集成。通過關(guān)聯(lián)不同攝像機之間的視頻分析結(jié)果，集中統(tǒng)一投射到一個集成衛(wèi)星圖平臺，從而幫助監(jiān)控人員克服使用傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)時缺乏全局觀念、眾多信息源、不同視角造成的困惑，能輕松及時地掌控當(dāng)前的安全態(tài)勢，快速形成響應(yīng)方案。