充视频智能分析技术在“智慧太仓”道路监控项目中的应用

江苏联通集团客户部系统集成中心 明福成

为进一步加快城市工业化和信息化融合，提升政府执政能力、促进企业创新发展、提升居民生活水平，从而全面提升城市的综合竞争力和信息化水平，各地都陆续开展了“智慧城市”建设项目。

太仓市政府也开始了智慧城市框架下的各类信息化建设项目，“智慧太仓”道路监控建设就是其中较有特色的项目之一。在城区主干道和乡镇主要道路部署大量高清数字摄像机，实现对主要道路的高清视频监控。充分发挥高清视频监控的作用，实现对道路及治安的有效管理，还需要监控系统具有视频智能分析功能，能够自动过滤掉杂质信息，按照预先设定的事件规则，提取有价值的视频信息进行分析，实现跟踪、识别、入侵检测、触发报警功能，从而与数据库中的信息对比，实现城市交通、治安的有效管理。

视频智能分析技术是利用计算机图像视觉分析技术，通过将场景中背景和目标分离，进而分析并追踪在摄像机场景内目标，用户可以根据分析模块，通过在不同摄像机的场景中预设不同的非法规则，一旦目标在场景中出现了违反预定义规则的行为，系统会自动发出告警信息，并触发相关的联动设备。视频智能分析技术应用在监控系统中可实现以下功能：快速的反应时间，毫秒级的报警触发反应时间；提前预警机制，在事件刚刚发生即快速报警；更有效地监视，监控操作员只需要注意相关信息；强大的数据检索和分析功能，能提供快速的反应时间和调查时间；带宽及存储资源的节约，系统可以按照报警类型来传输或录像。

视频智能分析技术的处理方法与人眼的生物特性类似，包括采集、预处理、处理等一系列动作。人眼作为传感器，实时、真实的将图像反映到大脑中，这时人眼生成的图像是一种复合的图像，即将清晰的焦距成像（眼睛中心）和旁边的稍虚的图像合成，传送给大脑。而大脑并不是对所有的图像做全部实时分析，而是先采用多层分级的处理过程，首先将背景、缓慢移动、距离最近的目标的分辨率最低化，然后对于某些突出的细节（感兴趣的区域）在进行二次分析，获得细节的东西，然后根据平生所学的规则，进行判断，做出动作。视频智能分析方法主要有时间差分法和背景模型法两种。

时间差分法又称相邻帧差法，即利用视频图像特征，从连续得到的视频流中提取所需要的动态目标信息。是将相邻帧图像相减来提取前景目标的移动信息。此方法不能完全提取所有相关特征像素点，只检测出目标的边缘，在其提取的运动实体内部可能出现空洞，如图1所示。

背景消除法是利用当前图象和背景图象的差分来检测出运动区域，可以提供比较完整的运动目标特征数据，精确度和灵敏度比较高，具有良好的性能表现。其处理规则是对视频帧与基准背景图像进行比较，相同位置的像素（区域）变化则认为是变化了的区域，对这些区域进一步处理、跟踪、识别，得到包括目标位置、尺寸、形状、速度、停留时间等基本形态信息和动态信息，完成目标的跟踪和行为理解之后，也就完成了图像与图像描述之间的映射关系，从而使系统进一步进行规则判定，直到触发报警，如图2所示。

视频智能分析是通过模仿人眼的工作过程来实现的。它可分为加载算法过程、过滤器加载、背景建模及更新、目标提取及跟踪、目标识别及分析、视频分析判断过程、触发报警过程几大过程。无论采用何种视频分析架构，其视频分析过程都是视频智能分析的算法模块“协力作业”的结果，视频智能分析基本过程，如图3所示。

视频智能分析产品主要有两种方式：一种是基于后端的服务器；第二种是基于前端的IPC（IP Camera）或DVS（Digital Video Server）。两种架构也可以按照目前主流说法分成两大类，即前端分析与后端分析，如图4所示。在太仓道路监控建设项目中，主要采用了前端和后端相结合的分析方式。

本次项目建设中智能视频分析系统采用 C/S（Client/Server）的架构，前端部署智能编码器，实现视频信号的前端分析，后台监控中心部署NVR（Network Video Recorder）服务器和管理服务器，NVR服务器负责对录像进行存储和转发，管理服务器对前端编码器传回的报警信号进行存储及进一步的智能分析，并实现了智能判定、智能回放、智能搜索等管理功能，通过本地或远端访问，可以随时查询、调用、分类、搜索各类交通管理视频、图片，实现高效道路交通和治安管理。其中系统实现功能，如图5所示。

视频处理流程为：视频信号→前端视频分析→事件告警→告警存储→搜索调用→事件处理→事件汇总→查询回放等，视频文件分析完毕后还可将处理后的视频文件、可疑事件信息生成相关的报表，便于各类违章管理信息的分类统计、报表、分析、优化管理等工作。

前端智能编码器具有判线、细节诊断、人车分类、车型分类、颜色识别、遮阳板识别、车牌识别、违章判定、车流计数等智能分析功能，后端服务器具有车牌比对、道口车速视频比对测定、运动轨迹分析、车辆行为相关视频查询等智能分析功能。

智能视频分析系统是在传统视频监控数据采集基础上采用视频智能分析技术，设计视频监控数据实时分析处理和事后分析处理系统，在太仓道路监控建设项目中主要解决了两个问题：一是将监控人员从繁杂而枯燥的“盯屏幕”任务中解脱出来；二是协助监控人员在海量的视频数据中快速搜索定位到想要查找的图像。大幅度降低了工作人员逐个画面进行查找的工作量，节省了大量的人力物力财力，有效提高了道路交通和治安管理水平，取得了非常好的实际应用效果。