视频和图像检索分析工具（VIRAT）综述

李丽，方秀花

（装备学院，北京01416）

视频和图像检索分析工具（VIRAT）综述

李丽，方秀花

（装备学院，北京01416）

美国国防高级研究计划局（DARPA）正在为视频和图像检索分析工具（VIRAT）项目寻求解决方案。该项目的总体目标是开发一个系统，用来视频数据开发，使分析人员能够从数据库中迅速找到感兴趣的视频内容，并在对视频内容现场操作分析中，为分析人员提供警报信息。本文主要从该项目的背景情况、关键技术、主要任务以及项目阶段做了详细的阐述。

视频和图像检索分析工具（VIRAT）；图像视频；检索和分析

目前，文字搜索技术已经十分成熟，而且随着文字识别算法的改进，在图像上进行文字搜索也变得更加容易。但是当前搜索视频在技术上实现起来难度极大，主要是由于视频事先未经预览，而且也没有附带可进行搜索的文字标签。然而，目前美国国防高级研究计划局（DARPA）已经解决了这一技术难题中的部分问题。DARPA正在为视频和图像检索分析工具（VIRAT）项目寻求解决方案。该项目的总体目标是开发一个系统，用来视频数据开发，使分析人员能够从数据库中迅速找到感兴趣的视频内容，并在对视频内容现场操作分析后，为分析人员提供警报信息。

1 VIRAT项目概述

从大量现有视频数据和实时监控视频数据中快速搜索具体活动或事件的能力对于美国军方和情报机构来说是十分重要的。目前，捕食者无人机和其它空中监控平台的视频分析非常耗费人力，并只限制于元数据的查询以及“手动注释”和“快进”的剪辑检查。VIRAT项目开发的软件工具将从根本上提高对海量视频数据的分析效率。其主要有两种途径：一是，当特定的事件或活动发生在特定地点或超出特定地点范围时将对操作者发出警报；二是，实现对现有视频数据库快速、基于内容的搜索。DARPA正在寻求一种创新的算法用来显示、匹配和识别活动，以支持索引和检索，VIRAT项目的重点是基于活动和动态信息[1]。

美国军方和情报部门对实时监控视频和从大容量视频数据库中搜索有价值内容的需求不断增长。与此同时，相同视频视角范围内的动态活动数目大量增加。当前的解决方案是分配更多的分析员同时观看相同的实时动态视频。每个分析员被分配视频的一个部分，如果发现任何可疑对象或活动，立即向有关当局发出警报。然而在军队和情报部门，视频或图像分析员的数量是有限的。而且，未来动态视频的范围将大于25平方公里，有限的分析员通过观看视频流更加难以有效地监测和发现所有可疑活动。显然，运用自动化的活动搜索和检测能力，能够提高有效性并提高实时报警效率。VIRAT系统的目标是能够在几分钟内对包含数千小时视频数据的视频库完成搜索。检测概率要高，以确保所有可能感兴趣的活动被发现。

2关键技术

VIRAT项目在以下领域寻求技术创新，包括：鲁棒的事件和活动的显示、高效率的全动态视频档案库索引以及交互式精细化的档案检索查询。

2.1 鲁棒的事件和活动的显示

该VIRAT项目的关键技术是鲁棒的发展，对事件和活动的数字显示可以在变化的条件下被用在多部视频中。这些显示将会形成VIRAT系统的技术核心，可以为实时警报和事件发生的档案检索提供技术支撑。技术解决方案必须能够处理以下内容：

（1）传感器设置的变化，如空间和时间分辨率；

（2）背景条件的改变，如光照的变化、天气和大气发生的变化；

（3）算法可以处理低分辨率视频；

（4）平台和视角的变化；

（5）动态事件和活动自身的变化；

（6）其它场景实体的事件或活动元素。

此外，视频数据周围的整体环境也是丰富的附加信息来源，对检索的准确性有帮助。这些信息可以包括空间地理信息和平台及传感器元数据。VIRAT正在寻求技术去建立鲁棒的事件和活动的显示。

2.2 交互式精细化的档案检索查询

VIRAT系统将允许用户对检索到的数据提供反馈。用户将可以在优化迭代查询的过程中提供正面和负面的信息反馈。该VIRAT项目寻找新的技术来实现这种反馈，以迅速达到高性能水平。特别令人感兴趣的是利用优化技术开发视频数据[2]。

3项目阶段

该VIRAT项目将分成三个阶段进行。每个阶段将陆续成熟VIRAT的组件算法，系统性能将会在一个集成的、终端到终端的系统中达到顶峰，对于军事终端用户将具有明确和显著的价值。

（1）第一阶段——原型算法开发和系统设计

第一阶段的目标是进行系统设计、原型算法开发，评估初步的VIRAT系统。为了支持算法开发，政府将从已经应用在捕食者无人机传感器上的系统，提供电视和红外数据。第一阶段的系统设计必须将原型软件组件整合成一个统一的系统体系结构，并与其他军事系统兼容和可互操作。PET将对第一阶段系统进行中期和最终的性能评估。第一阶段的性能目标侧重于动态警报的准确性和档案检索。从军事用户和PET的反馈将纳入第二阶段的目标。

（2）第二阶段——算法的细化和优化以及系统集成

第二阶段的目标是提高第一阶段的准确率和效率，同时适应一个更大的事件和活动设置，提高的视频速率，以及一个规模扩大的存档。第一阶段的成果将被纳入一个更加稳定和成熟的从终端到终端的VIRAT系统集成实施。第二阶段的性能目标是强调动态警报和档案检索的准确度和速度。这一阶段将包括来自控制收集项目工作的昼间电视和红外数据，以及来自多个无人机平台收集的实时数据。PET将会对第二阶段系统进行中期和最终的性能评估。从军事用户和PET的反馈将纳入第三阶段的发展目标[3]。

（3）第三阶段——整合、示范与过渡

第三阶段的目标将是改进第二阶段系统的性能和准确率，查询结果快速细化显示以及适应复杂的搜索，包括在单个查询中包括多样和动态的事件。第三阶段系统还必须证明具有较大的数据集性能和精度，其中包括：更大数量的事件和活动，更快的视频流速度，以及更大的录像档案。PET将会对第三阶段系统进行中期和最终的性能评估。第三阶段的性能目标的重点是精度和速度，以及最终用户需求的满意度。这个阶段将会使用真实的来自无人机平台的昼间电视和红外数据。该项目的这个阶段还将包括对实际使用效果的比较，人们使用VIRAT系统和人们利用现有的技术的效率的比较[4]。

4结束语

VIRAT项目属于美国大数据研究发展计划一部分，通过该项目的实施能够有效促进数据访问、组织、处理、分析工具的开发和技术的提升，从而提高政府部门或军事用户从大量视频数据中提取所需信息的能力和水平。未来应用于情报领域，将大大提高情报获取的时效性和准确性，使对手面临的形势更加严峻。

[1]DARPA INFORMATION PROCESSING TECHNIQUESOFFI CE（IPTO）Video and Image Retrieval and Analysis Tool（VIRAT）BAA 08-20.

[2]王丽红，张桂芸，贾花萍.一种基于颜色特征的视频镜头边界检测方法[J].计算机工程与科学，2008（10）：21-23.

[3]冯驰，甘泉福.图像视频检索的研究和应用[J].应用科技，2006，3（6）：17-19.

[4]张扬奇，肖学福，陈祥军，等.大数据时代基于中文标记的图像视频综合检索方法研究[J].物联网技术，2013（10）：29-30.

Study about the Video and Image Retrievaland Analysis Tool

LILi，FANG Xiu-hua
（Equipment Academy，Beijing 101416，China）

The Defense Advanced Research Projects Agency（DARPA）is seeking innovative solutions for the Video and Image Retrieval and Analysis Tool（VIRAT）program.The overall program goal is to develop and demonstrate a system for video data exploitation that enables an analyst to rapidly find video content of interest from archives and to provide alerts to the analyst of events of interest during live operations.The program motivation，key technology and technology areas are introduced in this text.

VIRAT；video and image；retrieval and analysis

TP391

B

1672-545X（2016）12-0127-02

2016-09-15

李丽（1985-），女，江苏人，研究生，馆员，研究方向：情报学；方秀花（1965-），女，江西人，研究生，研究馆员，研究方向：情报学。