视频分析功能设计方案及实施
2010-07-13肖坦张涛杨栩
■ 肖坦 张涛 杨栩
肖坦:北京国铁华晨通信信息技术有限公司,工程师,北京,100070
张涛:北京国铁华晨通信信息技术有限公司,工程师,北京,100070
杨栩:北京国铁华晨通信信息技术有限公司,工程师,北京,100070
视频分析技术已应用于青藏、京津、合武等线路视频监控,为了使视频分析性能达到最佳,在工程设计阶段,应当考虑视频分析的因素,以便为视频分析算法提供良好的工作条件,发挥其最大的优势。工程实施中,除针对不同应用场所选择不同应用算法之外,还必须根据具体需求制定相应的优化升级策略,兼顾不同的环境和条件。
1 视频分析功能方案设计
视频分析功能方案设计包括:确定实际现场所需要的视频分析类型;选择算法性能优秀的视频分析厂商;计算摄像机内部参数和外部参数以便确定符合条件的摄像机。
1.1 确定视频分析产品
首先,根据实际场合确定视频分析类型[1]。对于铁道线路,一般采用入侵检测;对于客运站,则应当采用人流密度统计、遗留物侦测、逆行、逗留等视频分析应用。其次,由于不同厂商在不同算法上水平差异很大,因此需要根据特定视频分析功能选择合适的视频分析厂商。图1展示了某国际安防网站使用两台摄像机连续一周对3家视频分析厂商周界保护功能的测试误报统计[2]。由此可见,目前视频分析厂商虽然很多,但是其水平参差不齐,因而应该经过严密测试从中筛选优秀的视频分析厂商。
1.2 计算摄像机相关参数
视频分析算法的输入是由摄像机捕获的视频数据,因此摄像机所能提供的视频信号优劣程度对视频分析的性能至关重要。以入侵检测为例,一般视频分析厂家能够进行稳定探测和追踪的目标像素值为100 Pixels,根据监控区域的距离就能通过如图2所示的镜头成像几何关系进行计算,得出所需镜头的焦距(CCD的尺寸假定已知)。目前市场上有很多此类监控系统设计的软件可用于计算,如VideoCAD等。此外,为了保证视频分析的效果,摄像机一般是自动聚焦,且必须关闭摄像机的自动背光功能。
2 视频分析功能方案的实施
2.1 摄像机的安装优化
摄像机的安装位置、角度等对视频分析的实际效果有着很大影响,因此在视频分析实施过程中,摄像机的安装有很多值得注意的地方。首先,摄像机的朝向应避免正对光源,其自动光圈功能应当禁用。其次,一般摄像机的快门速度在夜晚会自动降低,所以应禁用此功能,摄像机的OSD功能也应禁用以避免不必要的误报。再次,如果摄像机本身具有防抖功能,则应开启此功能,以减少摄像机抖动所带来的误报。另外,最好是白天调整好整个画面的清晰度之后夜晚再进行微调,以达到白天和夜晚视频分析效果的均衡化。
光照条件同样对视频分析性能有较大影响,因此应避免光照设备安装在摄像机之前。另外,夜间状况下现场照度应不小于5 Lux。
针对摄像机的FOV(Field of View),应当尽可能使目标的运动方向垂直于摄像机镜头的光轴。目标迎着摄像机的方向入侵,其移动距离约70 m时摄像机的视角变化仅为6°(范围82°~88°)(见图3),显然目标在图像上移动的像素数值也不明显,这对入侵检测极为不利。
对于多个摄像机的FOV配合情况,应当注意摄像机之间的重叠区域,以保证区域交叠不会出现漏报情况。图4和图5分别描述了摄像机放置位置不同产生正确和不正确的多摄像机交叠情况,图4会造成目标的错误分类和漏报。
2.2 视频分析参数优化
视频分析性能优化最重要一步就是视频分析参数的优化。(1)对应用场景进行分类,如线路、车站、弯道、隧道、桥梁等,针对不同视频场景建立不同的视频分析参数模板;(2)针对每一路场景进行视频分析参数的配置,从场景的ROI(Region of Interest)到各种滤波器的选择,逐步求精,每一路场景都获得一个初始的视频参数配置;(3)针对每一种典型场景进行周期一般为一周的测试,包括正报测试(采用人工模拟方式)和误报测试,通过这一阶段反复的调试和优化,可以得到针对每一种特定场景的场景模板;(4)根据每一种场景的特定模板将所有场景视频分析参数进行优化,并再次模拟测试统计正报和误报性能,根据测试结果进行每个场景的参数调优,这个阶段不断循环。每一个场景经过优化过程后,可以获得一个较为稳定的配置参数,效果也是最优。除此之外,根据实际情况,有的场景还需要白天和夜晚2种参数,不同季节也需要不同的参数,这些都是视频分析实施非常重要的细微之处。
3 结束语
视频分析算法本身的鲁棒性和先进性是视频分析性能表现的基石,视频监控系统的前期设计是视频分析性能表现良好的前提,视频分析参数的优化过程是提升视频分析性能的最大引擎。只有三者紧密结合在一起,才能使视频分析性能达到最佳水平。
[1]邹芳,肖坦,蒋征朋. 视频分析技术综述及铁路应用初探[J]. 铁路通信信号工程技术,2008,5(3)