一种对视频感知系统的设计

刘继光

辽宁省交通高等专科学校

一种对视频感知系统的设计

刘继光

辽宁省交通高等专科学校

视频图像感知系统主要是对运动物体或目标的检测和识别，可以广泛应用于安全防护的各个领域，例如校园、交通、家庭等方面。目前，国内外都对视频图像感知系统有一定的研究与应用。本文主要探讨了一种视频感知系统的构建设想。

视频 感知系统 识别 设想

1 引言

国内的研究机构主要有：中科院北京自动化研究所下属的模式识别国家重点实验室，他们对人的运动视觉监控（基于步态的远距离身份识别）、场景的视觉监控（基于三维线性模型定位、基于扩展卡尔曼滤波器的车辆跟踪算法）和行为模式识别（提出了对目标运动轨迹和行为特征的学习的模糊自组织神经学习算法）进行了深入研究，取得了一定的成果。此外，国内还有一些高校也进行了这方面的研究，如北京理工大学、上海交通大学、北京航空航天大学等。

国外的研究主要有：英国的雷丁大学开展了对车辆和行人跟踪及其交互作用识别的相关研究；其在复杂交通环境中的抗干扰能力有所提高，检测准确率较好，但是其算法的设计没有考虑车辆和人的阴影干扰，不能很好解决夜间低照度下车辆和行人检测跟踪。在美国国防高级研究计划局资助下，卡内基梅隆大学、戴维SARNOFF研究中心等几家著名研究机构合作，研制了视频监视与监控系统VSAM。其优点是图像处理实时性能较好，但是算法、硬件设计复杂，实现成本较高，通讯协议采用私有协议，通用性较差。

2 系统的可行性

2.1 理论基础

“视频图像特征感知”算法来源于生物识别特征技术，该算法在生物识别特征技术的基础上拓展了算法的处理功能，依靠自然环境的统计特性进行编码，而不依赖于数据的本身特性，是一种自适应的图像统计方法，可以应用于图像数据的压缩、去噪、特征提取以及大量图像模式识别。同时经过优化，克服了传统算法的复杂度高，方程求解方法单一、求解速度慢等问题。提高了算法在各种交通环境下的抗干扰能力、准确率与鲁棒性。

2.2 硬件结构

嵌入式物联网网关的设计可以提高系统集成度高，通信效率高。引入云计算思想，将实时流媒体传输协议RTP开发扩展为云监控实时网络传输协议，可以灵活实现MPEG-4视频压缩、流媒体播放、传感器联动、远程云台控制、异地查看等监控预警功能。

2.3 模块化设计

本项目采用的模块化设计方法，不同模块分别完成视频识别处理、成数据编码和通信传输，既增加了系统的稳定性，也降低了系统设计与实现的成本，有利于技术向产品的转化。

3 预想研究路线

系统可以采用模块化方法进行设计研究，并根据各个模块之间的逻辑工作顺序确定研究顺序。整体设计中，技术路线主要分为两大类，一类是针对“视频图像特征感知”的算法研究，另一类是系统硬件平台的设计研究。在项目实施的前期，两类工作可以并行推进，在中后期将相互影响，通过反复磨合以达到最佳的应用设计效果。

“视频图像感知”系统的设计涉及上位机软件设计和硬件设计。软件设计主要包括上位机程序和算法设计，硬件设计以DSP和ARM嵌入式设计为主，主要为算法和硬件系统固件提供可靠的硬件基础。在设计过程中本着低成本、低功耗、高性能的宗旨进行设计。尽量降低硬件成本，使产品更具有较高的性价比。

DM6437是低成本，高度集成的高性能视频信号处理开发平台，可以开发仿真达芬奇系列DSP应用程序，同时也可以将该产品集成到用户的具体应用系统中。方便灵活的接口为用户提供良好的开放平台。采用该系列板卡进行产品开发或系统集成可以大大减少用户的产品开发时间。

“视频图像感知”系统平台模型设计可以分为三个单元：图像特征分析单元；视频图像压缩传输单元；上位机应用程序单元。

4 应用前景

随着经济的发展，城市中需要进行视频监控和监管的需求越来越大，这些都考验着管理者的精力和能力。因此管理者和决策者为了避免在监管过程中由于人为操作失误而导致事故发生，非常期望使用智能化、智慧化的视频监管管理手段，利用科技深入发掘，研究视频监管技术，提升视频图像数据处理的能力，可以为视频监控的智能化操作提供便利。

基于物联网的“视频图像感知”系统是在物联网应用背景下的智能视频监控、警报系统，在不需要人为干预的情况下，利用计算机视觉和视频监控分析的方法对摄像机拍录的视频流数据进行自动分析，包括目标检测、目标分割提取、目标识别、目标跟踪以及对监视场景中目标行为的理解与描述，得出对图像内容含义的理解以及对客观场景的解释，从而指导和规划行动。

研究属于人工智能在物联网领域的应用，基于视频图像感知技术的发展可以通过物联网的大背景进行大范围、多场合的应用。可以应用在各种智能城市、智能学校、智能交通系统的建设之中，在当前市场上具有很大需求前景。项目在现有的视频监控技术基础上，通过技术攻关，解决网关设计、通信协议扩展和图像特征提取等关键技术问题，能够更好的解决视频监控不够智能的问题。基于物联网的“视频图像感知”的功能核心就是发现“变化”。在发现了“变化”情况下，通过多种报警手段提醒管理人员和“变化”的人或物，从而减轻管理者的负担。把管理者从繁杂的电视监控工作中解脱出来，提高工作效率，减轻资源浪费。通过该项目的实施，将为我国人工智能在物联网领域可持续发展提供新思路。同时，也可极大地促进人工智能系统的推广和应用，为“和谐社会”及“平安城市”的构建做出贡献。

5 总结

基于物联网应用的视频图像感知系统，数据交换采用基于物联网的嵌入式智能网关通信方式，对算法进行重构与优化，降低算法设计与实现的复杂度。硬件设计采用基于DM6437和DM355/365的硬件组合结构，在保证图像传输质量的基础上，减少视频数据细节的丢失，并充分考虑目标阴影的干扰，解决夜间光线较弱的情况下目标的检测识别。

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刘继光（1980-），男，吉林洮南人，讲师，硕士，从事信息处理技术研究。