基于无线监控的仓库智能视频安防系统

□ 文/王晓聪 陈国顺

引 言

随着经济社会的快速发展，仓库储备物资也不断的多样化、复杂化，仓库物资的实时调运，需要随时对物资进行管控，如此就对仓库的快速布防提出了更高的要求。

根据工程实践和仓库管理发展的需要，本设计集成了基于无线监控的仓库智能视频安防系统，不仅可以实现无线监控终端的快速布防，而且能够对实时监控画面进行智能分析。智能视频分析技术能够实时监控仓库物资，如果发生与设置规则相同的监控画面，会第一时间报警通知值班人员采取措施。例如当仓库物资发生拿取、移位、物品遗留、穿越警戒线、人员聚集、徘徊等现象时，智能监控系统会调集多个摄像头对其进行监控，确认不是虚警时在数秒内发出报警。真正做到无人值守的安防监控，节约了安防的人力投入，提高了仓库的管理效率。

系统组成

▲图1 无线智能监控系统拓扑图

无线监控系统采用移动多媒体传输系统，配合多种通信手段，建立一个高效、稳定的无线移动传输网络，通过移动、便携式传输系统将视频图像、语音、数据通过无线传输链路实时传输至监控终端。系统结构简图如图1所示。

系统硬件

无线智能监控系统主要由无线摄像机、收发天线、智能接收终端、智能视频分析服务器、NAS存储服务器、外围报警电路、电视墙监控终端、控制键盘等组成。

智能视频分析服务器用于实现对仓库现场的覆盖监控，以及对目标事件的特写监控。主要由A/D转换器、DM8168处理器、电源转换电路等组成。如图2所示：

▲图2 系统硬件组成

NAS存储服务器采用硬盘分区存储，共有8个分区，每个分区可以存储500G视频信息，最长保存时间可以达到五个月。外围报警电路采用声光报警，智能分析服务器对视频画面分析，驱动外围电路发生报警。

无线摄像机与智能接收终端采用COFDM编码正交频分复用调制技术，可采集并无线传输高清晰图像和声音信号，是一套非视距图像声音摄像系统，具有良好的传输特性。同时，由于采用了基于DVD标准的MPEG-2/MPEG-4图像压缩和编解码技术，使得接收图像十分清晰、实时和稳定。

布控前端

布控前端组成原理如图3所示，通过球机视频或者外部视频送给图像发射机，图像发射机经过编码调制并将信号发射出去。

▲图3 布控前段原理图

▲图4 布控接受终端原理图

布控接收终端

布控接收终端组成原理如图4所示，图像接收机接收到布控前端发来的图像信号后经过解调处理还原出视频信号到硬盘录像系统，同时硬盘录像系统可外接其他视频进行录像处理，图像输出到本地显示器显示，也可输出到其他显示终端（如大屏幕）显示。

布控终端主要由接收机、控制键盘以及备附件组成，接收机用来实现与有线视频监控服务器的对接，两种设备能够实现有效融合。

系统软件

系统软件主要包括无线监控视频传输、智能视频分析、目标识别分类、光照变化自适应四大模块，如图5。

▲图5 无线视频智能监控软件模块

软件模块可以实现联动，无线监控系统采集到视频信息经过COFDM编码正交频分复用调制传输给接收终端，目标识别模块对视频信息进行筛选，智能视频分析模块再对产生预设报警的画面进行分析，如果与预设报警规则相符即产生报警信号。

无线视频传输模块实现监控前段以及监控终端间视频信号的稳定、高质量传输，同时将监控终端的控制信号传送给监控前段，控制无线摄像头的监控角度。目标识别分类模块主要是实现对监控区域的目标进行分类，对产生报警信息的目标自动锁定，智能视频分析模块对预警目标进行分许处理，如果预警目标与报警规则目标信息一致即驱动外围电路报警。光照自适应模块实现对监控区域光照变化的处理，当发生光照距剧烈或者缓慢变化时，自适应模块会对画面进行光补偿，使监控不受光照变化影响。

无线智能监控系统视频智能分析技术

智能监控功能

监控终端主要有视频监控、视频分析、智能跟踪等功能，具体智能分析功能如下：

入侵警戒线识别

监控的周边是重点区域，甚至是外界进入监区的地方，监控要预估所有不安定因素。利用警戒线检测功能，在围墙四周设置警戒线，有人翻越围墙，马上就能报警，以便及时阻止侵入。

物品丢失识别

当视频画面中的某个物体被取走，即可产生取走识别事件。该物体应该存在，但是却被人偷走，智能化分析系统能够及时捕获这样的异常行为，智能视频分析系统就发出报警通知值班员。特别有利于针对仓库内部人员或盗贼私藏、偷盗一些工具进行危害活动。

智能跟踪

在仓库等生产生活场所，当主摄像机检测到有可疑情况发生的时候，如可疑人员跨越警戒线，进入离开警戒区域，徘徊，出入仓库重地等，主摄像机发送指令控制从摄像机进行云台旋转和镜头缩放，锁定触发报警的目标并对其进行自动跟踪，使目标持续放大以显示在画面中央，这样监控中心可以看到更清晰的目标特征，以利于实时的判断和事后对照取证。

视频质量诊断

利用视频质量诊断技术来检测监控系统中存在的各种视频常见故障，对于因使用过程中出现的故障（雪花、滚屏、模糊、偏色、画面冻结、增益失衡和云台失控等）进行视频质量诊断，有效预防因硬件导致的图像质量问题及所带来的不必要的损失。

这些有针对性的报警模式，克服了目前国内安防构架简单，针对性不高的缺点，大大提高了该项目研究的时效性，使得本仓库安防项目在国内安防领域处于领进水平。

关键技术

目标识别分类技术

在无线智能监控系统中对包含目标的视频图像识别处理分析由目标判断、目标分离、目标追踪和目标识别组成，在整个过程中目标识别最难实现。实际无线智能监控中受各种因素影响使得监控区域一般比较繁杂，在监控区域中如何对目标进行识别和跟踪往往比较困难。

我们在目标检测中通过检测各帧图像的变化来实现，而背景图像帧减法就是解决这一困难的关键算法。

背景图像帧减法是利用当前图像和背景图像（参考图像）各个图像的差分法来检测区域目标，若某点像素差值大于某一阈值，则判定为出现在区域的判定目标的点，相减的结果直接给出了目标的位置、大小和形状等信息。

开展基于动态载波的台区用户识别和相位差分技术研究试点，通过采集节点户表档案巡测命令动态跟踪台区采集器及户表变动信息、分相信息，实现配变用户用电相位的自动识别；基于配电台区、配变用户、用户相别关系等建立三相负载均衡模型，对影响台区三相负载均衡的相关因素进行分析，动态跟踪各因素变化，实现台区三相负载均衡的监测、预警，以及治理决策智能支持。

设背景图像为L（i,j），前景图像为G（i,j），被提取的目标图像为M（i,j），则利用背景相减法可以表示为：

式中，Th为判断阈值，当前景图像为G（i,j）与背景图像为L（i,j）的差值绝对值大于阈值Th时为目标区域，否则为非目标区域。

光照变化自动适应技术

为了提高无线智能监控系统对环境光线变化的视觉效应，设计了无线摄像机参数随光照自适应的算法，根据外界光照条件的变化，在线估计摄像机参数并调增数字摄像机的模数转换级数、光线电平、曝光度、增益范围等参数。

户外光照变化主要包括：随时间推移产生的缓慢光照变化和由阴晴变化（如云层快速遮挡等）引起的快速光照变化。准确的目标检测结果要求背景模型对户外光照变化有良好的适应能力。本设计提出一个用于目标检测的背景建模框架，该框架适用于户外视频监控中产生的缓慢和快速光照变化。首先，考虑到目标检测的准确性要求，建立基于帧间像素亮度差统计的像素亮度扰动阈值，并将其引入到基于自回归曲线的快速背景估计中。针对户外视频监控产生的图像子序列设计递推最小二乘法，对模型的参数进行实时估计。鉴于背景模型对不同户外光照变化的适应性要求，定义对光照变化不敏感的纹理模型，最终将上述模型统一于自回归-纹理模型。基于该模型构建的像素亮度和纹理置信区间，作为区分背景光照变化和前景目标的判据。该框架无需区分光照变化类型，可用于在带有光照变化的户外视频监控中进行目标检测，并满足背景建模的实时性和目标检测的准确性要求。

无线智能监控系统主要特点

快速布防，监控区域广

传统的视频传输设备，必须在可视条件下才能建立无线链接通道，受环境制约较大，需要提前考察应用环境，选择、测试收发点，调整天线的方向，架设天线的高度测算等，不仅直接限制视频的传输与接收，而且系统的可靠性、工作效率也大打折扣。

该设备能够以高概率实现图像的稳定传输，不受环境影响。系统采用全向天线，可以在最短的时间内架设无线传输链路，系统简单、可靠，应用灵活，达到快速布防的目的。由于不再受架设线路的限制，使得无线监控的范围得到了有效扩展。

传输带宽宽，监控图像质量高

COFDM技术每个子载波可以选择QPSK、16QAM、64QAM等高速调制，合成后的信道速率一般均大于4M bps。因此，可以传输MPEG-2中4∶2∶0、4∶2∶2等高质量编解码图像，接收端图像分辨率可达到720×576或720×480，码流可以在6M左右，接收后的图像质量接近DVD画质，完全可以满足接收端后期音视频分析、存储、编辑等具体的要求。

抗干扰能力强

视频监控智能分析

智能视频分析监控技术属于模式识别技术的一种，通过设计一定的计算机算法，从视频中分析、提取和识别个体运动行为的特征，令计算机判断出这些个体的某些运动特征是否属于“某一类型”的“可疑行为”，这样当计算机发现了这些“可疑行为”时就可以进行即时的报警，提醒监控人员查看，摆脱了人工的干预和判断，实现令计算机“代替”人进行监控，也即实现了“自动监控”或是“智能监控”。

智能视频分析技术克服了传统安防监控单一录制监控视频的缺陷，可以在智能视频分析系统中设置报警规则，对监控视频画面实时监测，当出现报警画面时能够及时触发报警装置，通知值班人员。将监控视频从事后分析提前到预测报警，大大降低了人工监测成本。

结论

本设计中无线摄像头和视频传输技术解决了“眼睛”的问题，使监控人员能够在不身处现场的情况下通过摄像头看到现场的情景，摆脱了地域的限制，甚至于可以在千里之外（通过数字网络传输视频）；而智能视频分析监控技术则给监控系统加上了“大脑”，使机器能够代替人来随时监看这些视频，无须再由人工随时去监看这些视频。实践证明本无线智能视频监控平台对提高工厂、单位、工地等场所的监控效率具有一定的显示意义。

由于其设备部件简介，功能强大具备实用性强，性价比高的优点，能够在一般企事业单位普遍推广使用，具有很强的应用前景。