视频监控目标智能搜索技术发展前景

公安部门的迫切需求，催生了基于目标的智能搜索技术，目前这一技术，有望从概念阶段，进入产品化阶段，进而服务于社会。

需求原因分析

进入21世纪以来，我国经济持续保持快速增长，可社会治安问题却日益复杂，恶性刑事犯罪事件时有发生，治安问题仍然是当前影响社会和谐稳定的突出问题。在复杂严峻的形势面前，公安部门展开了一系列雷霆动作。从科技强警战略的提出，到城市报警与监控系统建设的开展，再到“3111”试点工程，以及大规模的平安城市建设，公安视频监控建设进入黄金期。如今，基于公安内网的专网模式和基于社会公共信息网络的运营商模式所承载的视频监控点位的规模不断扩大，如何将这些资源进行有机联网、整合共享、灵活调阅，并形成视频监控规模效应是一项新的课题。虽然从去年开始，公安部力推视频监控系统联网及视频整合共享，但目前公安视频侦查应用中仍面临着以下几个重要问题：第一、视频数据未得到很好利用，人、车、物目标搜索识别，视频分析研判等任务，靠人工进行，无法有效处理海量视频数据；第二、由于存储容量限制，视频数据存储一个月即删除，关键信息无法得到长时间保存。

公安视频侦查的困难重重，例如，2012年南京“1.6”案件发生后，南京警方对相关视频图像进行逐一甄别，最终发现了嫌疑人的踪迹。但嫌疑人反侦查能力很强，整个视频中，嫌疑人都没有正面出现。这一成果是500多民警，24小时对上万个小时视频图像逐一进行甄别取得的，工作量大，需要的人力多先不谈，破案过程中时间是关键，争取快一分钟找到线索，对案件的迅速侦破都可能是非常重要的。

视频监控在公安和交通等领域的大规模应用，监控破案的报道现如今也很常见。一方面，这些事例从正面体现了视频监控的社会价值；另一方面，这也引发了更多关于视频检索的深层次需求。实际应用过程中，用户常常希望可以快速地从海量的数以万计的监控录像中，快速地找到一些有明显特征的人或物，就像上文所讲的南京持枪抢匪相关片段。传统的基于预设告警和时间的视频检索方式，对于这类深层次的需求往往无能为力，在实现这一检索需求时，传统的检索方式显得比较笨拙，检索方式不够“聪明”，这已经成为传统大型监控系统视频资料应用中的一个瓶颈。因此，如何快速准确地进行智能的检索就成为大型视频监控系统，特别是公安破案需要解决的重要课题。考虑到具体案件的复杂性，用户不仅要求检索更加“聪明”，而且也要足够“灵活”。当然，用户还希望系统能够尽快完成查询。一句话，用户对海量视频存储系统的检索要求是更聪明、更灵活、更快捷。

因此，针对视频设施应用存在的问题和需求，公安部要求：各级公安机关要围绕视频监控技术的深度应用，服务公安实战，提升打防绩效。对监控建设应用的要求，从以硬件建设为主的第一阶段，向以智能应用为主要特征的第二阶段过渡，解决视频调阅慢、分析难的问题，从海量视频中发现重要而有价值的线索，快速识别定位目标，挖掘其行动轨迹，从而缩短办案时间，降低办案人员的工作强度，提高各部门联合作战效率。公安视频侦查、治安、情报等业务部门应该配备具有相应智能分析功能的实战工具和装备，能进行海量视频的智能视频分析、信息检索、特征识别、图像增强、报警与监控。公安部门的迫切需求，催生了基于目标的智能搜索技术，目前这一技术，有望从概念阶段，进入产品化阶段，进而服务于社会。

技术难点

从去年开始，国际上就出现了基于目标的智能视频监控概念，又称作基于高清卫星图的智能视频监控技术。它采用高清卫星图作为GIS界面，将系统关联的摄像机的智能视频分析结果，有机地集成在基于高清卫星图的视频监控界面上，能简单直观地呈现目标信息，从而大幅提升用户体验。该技术的核心思想就是让用户“忘掉”摄像机、“忘掉”井字格形式的传统监控方式，从用户真正关心的目标的角度去使用监控系统。它的核心技术是多摄像机协同和基于高清卫星图的全局信息集成。通过关联不同摄像机之间的视频分析结果，集中统一投射到一个集成卫星图平台，从而帮助监控人员克服使用传统监控技术时缺乏全局观念、众多信息源、不同视角造成的困惑，能轻松及时地掌控当前的安全态势，快速形成响应方案。基于目标的智能视频监控技术的两个支撑技术是：一是多摄像机（监控点）协同；二是基于卫星图的集成信息的呈现。总技术包括摄像机目标“握手”、协同技术；动态平台跟踪技术；模式识别技术；摄像机信息卫星图集成技术。遗憾的是，时至今日，这个基于高清卫星图的智能视频监控技术，还没有落地，国内市场上还没有这种产品。

目前，国内安防企业研发的智能视频目标跟踪系统，其普遍是通过高速球+智能软件的形式完成的。智能视频目标跟踪系统由跟踪目标，智能高速球，智能目标跟踪系统，跟踪监控器组成。监控摄像机自动跟踪分为区域自动跟踪和锁定精确跟踪两种方式。区域跟踪主要是指：如果有物体进入监控摄像机的设定区域，则跟踪其运动轨迹，跟踪超出范围后，监控摄像机自动返回诊观测点进行新一轮的跟踪。区域跟踪功能主要适用于监控对象或移动物体较少的环境，如果有某一移动的人或物体进入摄像机的监控范围，摄像机会对其进行自动跟踪，但是无法锁定特定的人物或目标。一旦在该监控区域内有多处物体同时移动时，监控摄像机则会把目标物体跟丢。

锁定跟踪，即用户指定目标后，监控摄像机会自动跟踪该物体的运动轨迹。锁定跟踪技术是通过模板匹配算法实现的，它在广场这类大范围、人流量高的区域内也能有很好的监控效果，只要手动锁定被跟踪的目标之后，即便有其它移动物体在监控区域内也不会跟丢诊先锁定的目标。锁定跟踪可设定为手动锁定和自动锁定。手动锁定跟踪通过鼠标在屏幕上对跟踪目标笼一个框，就锁定跟踪该目标。无论该目标运动或静止，都对其它移动物体进行自动跟踪，跟踪快速而且流畅。即使在屏幕上出现多个移动物体，球机也不会对其进行跟踪。该功能适用于复杂环境下的治安监控。例如，抓小偷。若在监控笼面上发现一小偷在行窃，只要对该小偷图像笼一个框，进行手动锁定，球机就会只跟踪小偷，而不会去跟踪被扒窃的受害者，有利于及时得知小偷去向，为顺利抓捕争取有利时机。

而移动自动锁定跟踪则自动跟踪第一个移动目标，即谁先动就跟谁。若第一个移动目标停下来，有第二个目标移动，就会自动跟踪第二个移动目标，跟踪快速而流畅。该功能适用于无人值守场合，如金库、军火库、电站等重要场所。

实事求是地说，国内研发的智能视频目标跟踪系统的功能是比较简单的，不能满足公安迅速寻找有用线索的需求。要提升系统功能，适应新的需求，就必须攻克一些技术难点。

单球机跟踪技术

单球机智能跟踪的技术关键点，主要是智能算法、球机控制技术这两部分。

智能算法的关键是对包含运动目标的图像序列进行分析处理，其核心技术就是对场景中活动目标的检测、跟踪、识别，以及进一步的行为分析及事件检测。目标跟踪的目的就是通过对视频数据的处理与分析，将图像序列中不同帧内同一运动目标关联起来，从而计算出目标的运动参数，如位置、速度、加速度以及运动轨迹等。

现有的运动目标检测方法可以归纳为四种：背景减除法、时间差分法、光流法和运动能量法。这些算法在现有的各类智能视频分析产品中已经有广泛的应用，表现形态为绊线入侵、区域入侵、电子围栏、徘徊检测、物品遗留、物品搬移等多种行为检测功能。

如要实现对目标的跟踪，需要应用一些数学工具，在连续的图像帧间创建基于位置、速度、形状、纹理、色彩等有关特征的对应匹配关系。目前，就跟踪人身对象而言，有跟踪如手、脸、头、腿等身体部分，以及跟踪整个人体；就跟踪视角而言，有对应单摄像机的单一视角、对应多摄像机的多视角和全方位视角；另外也可以通过跟踪空间（二维或三维）、跟踪目标类别（人、汽车等）、摄像机状态（运动或固定）等方面进行分类。

球机控制技术，主要是指对云台的运动角速度、镜头变倍的倍率与速度等机械运动部件的控制，需要与智能跟踪算法相结合，以实现跟踪平滑、倍率适当、目标比例合适等良好的视觉效果。

多球机联动跟踪技术

多球机联动跟踪是实现目标提取、目标关联的基础。多球机联动跟踪技术，是以单球机智能跟踪技术作为基础的。从应用的层面上看，能够将普通的跟踪球机的单点式监控，提升为系统内对单个目标的无缝式接力跟踪，配合电子地图的使用，能够轻易的实现对高安全等级区域的无缝式跟踪，并实现目标轨迹描绘、犯罪行为预警等高等级的安保需求。多球机联动跟踪技术的实现，需要首先具备多目标识别与跟踪技术。在应用中，通常设定一台球机作为发起点，对广域范围内目标进行的智能行为分析，并将同时监控的多个目标按照既定的策略进行排序，并按照先后顺序，指挥智能跟踪球机逐个跟踪监控目标。与单目标跟踪相比，多目标跟踪技术的关键点是数据关联问题，即建立一个统一的坐标系，使得发起球机可以将目标的坐标信息传递给跟踪球机，实现联动跟踪。

多目标跟踪的过程可以划分为以下几部分：

数据关联：在观测数据和目标之间建立起对应关系。常见的方法有最近邻算法、联合概率数据关联滤波器、多假设跟踪算法。

状态估计：通常将多目标跟踪问题转化成对多个单目标的跟踪过程，并建立相应的状态空间模型。为每个目标分配一个单目标跟踪器，相互独立地跟踪每个目标，通过设计一些特殊的方法来处理目标之间的交互和遮挡问题。

坐标传递：在关联的球机之间建立统一的坐标系。

在多目标监控场景中，提取目标的位置和运动轨迹信息，发送给下一个球机，下一个球机根据目标的位置和运动轨迹信息跟踪锁定目标。

另外，多目标跟踪技术在实际的应用中，还需要重点优化和改进以下方面：提升算法的效率，以实现同时能够跟踪尽量多的目标；需要改进算法的抗干扰性能，以减轻光线变化、影子、目标间遮挡等常见的干扰因素；需要能够对每个目标排定警戒优先级，以使球机在跟踪时能够及时切换到威胁等级更高的目标。

智能视觉自动跟踪技术

在安防监控应用中是Pan/Tilt/Zoom的简写，代表云台全方位（上下、左右）移动及镜头变倍、变焦控制。自主自动PTZ智能跟踪，可以使摄像机对自身的云台和变焦镜头进行自主PTZ驱动，并自动控制PTZ摄像机的进行云台全方位旋转和镜头缩放，针对被锁定的运动目标进行视觉导向的自动跟踪，以确保跟踪目标持续以放大特写画面出现在镜头中央，这样警卫人员可以更清晰的看到信息，同时还可以用于事后取证。自动PTZ跟踪模块弥补了固定摄像机监控视野狭窄的缺点，是完善的安全监控系统所必备的功能。

智能视觉PTZ自动跟踪监控系统具有目标分析功能，并配有高分辨率摄像机、大倍率光学变焦镜头和高转速云台，可以快速、准确的自动捕捉到可疑目标。通过设置预置位智能视觉PTZ自动跟踪监控系统可以实现预置位扫描、自动巡航等功能，还能实现智能监控的诸多特殊要求。另外智能视觉PTZ自动跟踪监控系统还具有外型美观、隐蔽性强等优点，因此十分适用于机场、广场、轨道交通、别墅区、政府行政单位、军区、博物馆等各类型场所的治安智能监控应用。

发展前景

如今，在中国，社会的总体形势是和谐、光明的，但随着城市流动人口的增多，社会贫富差距的拉大，恶性违法犯罪事件常有发生，治安问题仍不容小觑。为此，国家每年拿出一大笔钱搞维稳工作，各省市视频监控的点位也只会继续增加，覆盖的面也将越来越广，基于目标的智能搜索监控技术将是未来的热点，也是未来必须攻克的技术高地。一些安防企业，早在几年前，就开始进行多目标跟踪监控系列产品的研发和运营，有企业已取得不错的成绩。

例如，在今年5月份的上海安防展上，上海安奎拉视频技术有限公司推出了一款LockOn智能多目标跟踪抓拍监控系统。该系统是国内唯一自主研发的等效超高清多目标智能跟踪特写抓拍监控系统，从根本上解决了视频监控的瓶颈。安奎拉智能球机能够通过算法，可以完全自动的实现跟踪特写抓拍。枪机可能30米外很难看清楚，而且有一定的视角范围，而智能球机在一定范围内可以实现全监控，并且能抓拍该范围内的所有移动目标特写，这是一种图像处理技术，计算量很大，在监控范围内有东西移动就可以根据背景的变化来抓拍，尤其适合于大片区域的监控，相当于巡逻。安奎拉研发的智能多目标跟踪抓拍监控系统，目前由于价格高昂，还无法实现大规模应用。

某业内人士告诉记者，目标识别与跟踪技术在监控市场中还属于新兴的技术类型，但其良好的市场发展势头和广阔的市场前景是可以预见的，随着技术研究的不断深入，会有越来越多的厂商和产品加入到这一领域，共同推进这一市场的蓬勃发展。

结束语

随着视频监控技术迅速发展，以及行业之间壁垒的消除，尤其是安防与IT、通信以及网络技术等的融合，整体安防视频监控也面临巨大的变化。新的技术变革，不仅快速提升了传统视频监控的质量，如更高的像素、更宽的监控范围，更高的解析度等，而且也创造了新的应用，如网络宽带的普及使视频监控逐渐从本地监控向远程监控发展，IT软件技术的引入让监控智能化成为现实。

然而，广泛的视频监控应用，带来视频数据爆炸式地增长，光靠人眼识别可疑迹象远远不够，事后靠人工手动查验更是越来越困难，将被动监控变为主动方式，监控智能化应用首当其冲。因此在满足高清监控的前提下，监控必须与智能分析技术、芯片技术、图像传感器技术、视频技术、通信技术相结合，提高监控效能，优化系统架构、提高预警能力。基于目标的智能视频搜索技术将是未来的发展方向，相信过不了几年，自动跟踪监控系统将成为监控的主流。