智能視頻監(jiān)控的異常檢測(cè).doc

智能視頻監(jiān)控的異常檢測(cè)摘要：視頻監(jiān)控在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，本文在對(duì)視頻監(jiān)控技術(shù)的構(gòu)成與發(fā)展進(jìn)行研究分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖像采集范圍廣、通道數(shù)量多，難以實(shí)時(shí)全面兼顧的特點(diǎn)，對(duì)硬件故障，圖像異常檢測(cè)、異常分析等若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，并建立了帶有自動(dòng)識(shí)別報(bào)警系統(tǒng)的視頻監(jiān)控設(shè)備故障檢測(cè)系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控；異常檢測(cè)；報(bào)警系統(tǒng)anomaly detection of intelligent video monitorzhang guimao1,liu xiang2, liu qu2(1 xinjiang dushanzi tianli high-tech co.,ltd.,karamay 833600,china;2 xinjiang dushanzi petrochemical company,communications company,karamay 833600,china)abstract:video monitor in the national economy is playing an increasingly important role in this paper,the composition of video surveillance technology with the development of research and analysis,based on the intelligent network video surveillance system for image acquisition range,number of channels and more difficult to fully take into account the characteristics of real-time,hardware failure,the image anomaly detection,anomaly analysis,a number of key technologies in-depth study, and the establishment of an alarm system with automatic identification of video surveillance equipment fault detection system.keywords:video monitor;anomaly detection;alarm system一、概述（一）研究背景。視頻信息具有直觀、生動(dòng)等特點(diǎn)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，視頻技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。從功能上講，視頻監(jiān)控可用于安全防范、信息獲取和指揮調(diào)度等方面，可以提供生產(chǎn)流程控制、大型公共設(shè)施的安防，也能為醫(yī)療監(jiān)護(hù)、遠(yuǎn)程教育等提供各種服務(wù)。從應(yīng)用領(lǐng)域上看，視頻監(jiān)控在各行各業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用，除了檔案室、文件室、金庫(kù)、博物館等重要部門(mén)的監(jiān)視和報(bào)警，在公共場(chǎng)所進(jìn)行安全監(jiān)控，在其他經(jīng)濟(jì)和生活領(lǐng)域進(jìn)行管理和控制也是必不可少的。（二）視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展歷程。視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展可以分為三個(gè)階段：1.模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)。由模擬攝像機(jī)、多畫(huà)面分割器、視頻矩陣、模擬監(jiān)視器和磁帶錄像機(jī)（vcr）等構(gòu)成，攝像機(jī)的圖像經(jīng)過(guò)同軸電纜（或其他介質(zhì)）傳輸，并由vcr進(jìn)行錄像存儲(chǔ)，由于vcr磁帶的存儲(chǔ)容量非常有限，因此vcr需要經(jīng)常地更換磁帶以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期存儲(chǔ)，自動(dòng)化程度很低，另外vcr的視頻檢索效率十分低下。2.數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。產(chǎn)生與20世紀(jì)90年代，以dvr為主要標(biāo)志性產(chǎn)品，模擬的視頻信號(hào)由dvr實(shí)現(xiàn)數(shù)字化編碼壓縮并進(jìn)行存儲(chǔ)。dvr對(duì)vcr實(shí)現(xiàn)了全面取代，在視頻存儲(chǔ)、檢索、瀏覽等方面實(shí)現(xiàn)了飛躍，之后dvr在網(wǎng)絡(luò)功能上不斷強(qiáng)化。3.智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。開(kāi)始于本世紀(jì)初，主要由網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、視頻編碼器、高清攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)、海量存儲(chǔ)系統(tǒng)及視頻內(nèi)容分析技術(shù)構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸、遠(yuǎn)程播放、存儲(chǔ)、視頻分發(fā)、遠(yuǎn)程控制、視頻內(nèi)容分析與自動(dòng)報(bào)警等多種功能。智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控正逐漸成為視頻監(jiān)控領(lǐng)域的主流，他的智能性和可靠性高，能提供遠(yuǎn)程訪問(wèn)能力，以及解決了視頻圖像遠(yuǎn)程傳輸問(wèn)題， 視頻資料管理保存方便，數(shù)字化系統(tǒng)圖像清晰、抗干擾能力強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件和軟件資源共享以及任務(wù)和負(fù)載共享，是監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。（三）本文主要工作。由于不間斷地分析監(jiān)視場(chǎng)景內(nèi)的活動(dòng)、日夜值守工作量過(guò)于繁重，借助智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的海量存儲(chǔ)能力，現(xiàn)在對(duì)于大多數(shù)非重要安全場(chǎng)所大多采用全程錄像監(jiān)控，在需要時(shí)再檢索查詢(xún)相關(guān)錄像進(jìn)行回放。智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)分布范圍廣，所在環(huán)境差異大，許多攝像機(jī)易受到干擾或損壞，如果未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)將可能遺漏重要信息。本文對(duì)智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中得硬件故障，圖像異常檢測(cè)、異常分析等若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，并建立了帶有自動(dòng)識(shí)別報(bào)警系統(tǒng)的視頻監(jiān)控設(shè)備故障檢測(cè)系統(tǒng)。二、智能視頻監(jiān)控理論技術(shù)基礎(chǔ)及關(guān)鍵技術(shù)（一）智能視頻監(jiān)控的結(jié)構(gòu)與功能。一般的智能監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)主要包括攝像機(jī)組、智能監(jiān)控服務(wù)器、視頻索引服務(wù)器視頻存儲(chǔ)系統(tǒng)和用戶(hù)操作終端五部分。在該體系結(jié)構(gòu)中，像機(jī)獲取的視頻在數(shù)字化的同時(shí)就傳送給智能視頻監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)行分析，自動(dòng)檢測(cè)感興趣的活動(dòng)或事件，給出實(shí)時(shí)告警并產(chǎn)生豐富的視頻索引，同時(shí)對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行控制。智能視頻監(jiān)控服務(wù)器是實(shí)現(xiàn)智能視頻監(jiān)控的關(guān)鍵組成部分。其功能是對(duì)攝像機(jī)獲取的視頻進(jìn)行智能處理，先檢測(cè)出其中的感興趣運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，然后跟蹤它們，對(duì)跟蹤得到的一些參數(shù)通過(guò)分類(lèi)模塊、實(shí)時(shí)告警模塊等處理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能。（二）智能視頻監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)。智能視頻監(jiān)控主要涉及的是視頻分析技術(shù)，包括強(qiáng)健的目標(biāo)檢測(cè)、擁擠條件下的目標(biāo)跟蹤、關(guān)節(jié)體的跟蹤，以及基于此并結(jié)合生物技術(shù)（如人臉識(shí)別）的語(yǔ)義推理、活動(dòng)理解和狀態(tài)感知、多媒體化描述方法。另外還涉及如何設(shè)計(jì)多機(jī)網(wǎng)絡(luò)化硬件框架、引入多攝像機(jī)系統(tǒng)、完善知識(shí)庫(kù)等等?？焖贉?zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。運(yùn)動(dòng)檢測(cè)主要是從監(jiān)控?cái)z像機(jī)所捕捉的序列圖像中檢測(cè)是否有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)存在。實(shí)時(shí)性、魯棒性的基于三維模型的車(chē)輛與行人及物體的定位、識(shí)別和跟蹤?；谝苿?dòng)攝像機(jī)的視覺(jué)監(jiān)控技術(shù)，即將現(xiàn)有參數(shù)固定的靜態(tài)攝像機(jī)改進(jìn)參數(shù)可自動(dòng)調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)攝像機(jī)。多攝像機(jī)的協(xié)作監(jiān)控。單個(gè)攝像機(jī)視野有限，要監(jiān)控大范圍的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景就需要多個(gè)攝像機(jī)，此外，多攝像機(jī)也有利于解決遮擋問(wèn)題。多攝像機(jī)的定標(biāo)與數(shù)據(jù)融合是兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。事件的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，擬通過(guò)對(duì)序列圖像進(jìn)行自組織、自學(xué)習(xí)的方法建立事件的分布模式，從而達(dá)到事件識(shí)別的目的。異?，F(xiàn)象的檢測(cè)、報(bào)警與目標(biāo)的行為預(yù)測(cè)。視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)的最終目的是為了解釋監(jiān)視場(chǎng)景中所發(fā)生的事件，根據(jù)要求對(duì)異常事件進(jìn)行報(bào)警，并能根據(jù)當(dāng)前目標(biāo)所處的狀態(tài)對(duì)將要發(fā)生的事件進(jìn)行預(yù)測(cè)。研究對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)情況給出語(yǔ)義上的解釋的方法，并將簡(jiǎn)單的行為識(shí)別與語(yǔ)義理解推廣到對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景的自然語(yǔ)言描述。遠(yuǎn)距離的身份識(shí)別。生物特征識(shí)別技術(shù)與人的運(yùn)動(dòng)分析的結(jié)合是視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)重要問(wèn)題。臉像與步態(tài)是具有可感知性與非接觸性?xún)?yōu)點(diǎn)的生物特征，是目前被認(rèn)為可以用于視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)中的身份識(shí)別的兩個(gè)主要生物特征。研究臉像、步態(tài)，體形特征相融合的人的身份識(shí)別算法，以便自動(dòng)從監(jiān)控視頻中確認(rèn)可疑份子。（三）異常檢測(cè)系統(tǒng)流程。一般的視頻異常檢測(cè)系統(tǒng)流程主要是讀取視頻圖像，然后檢測(cè)出目標(biāo)，對(duì)目標(biāo)提取特征后，根據(jù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)情況進(jìn)行異常判斷及分析。視頻異常檢測(cè)中的關(guān)鍵是目標(biāo)檢測(cè)和異常分析。目標(biāo)檢測(cè)的關(guān)鍵是根據(jù)不同的情況選擇合適的參考幀，判別特征與判別準(zhǔn)則。參考幀的選取可以有兩種：一種是靜止的背景圖像；第二種使用動(dòng)態(tài)背景，不停的使用當(dāng)前幀替代參考幀，這種方式下檢測(cè)到的多為景物中相對(duì)運(yùn)動(dòng)的對(duì)象。判別特征的選取和判斷當(dāng)前圖像與參考圖像相似度的方法很多，可以通過(guò)像素特征例如灰度、色彩分量等信息，也可以通過(guò)直方圖等統(tǒng)計(jì)信息的變化來(lái)進(jìn)行判斷，還可以考慮采用壓縮域的特征進(jìn)行判斷。三、視頻監(jiān)控設(shè)備故障檢測(cè)系統(tǒng)（一）系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)應(yīng)用視頻智能識(shí)別技術(shù)替代人工巡檢，針對(duì)安防應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)備量巨大，出現(xiàn)故障后不能及時(shí)、準(zhǔn)確定位的問(wèn)題，通過(guò)分析監(jiān)控視頻這一安防系統(tǒng)中最常見(jiàn)的數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢、自動(dòng)定位問(wèn)題、實(shí)時(shí)告警等功能，以便迅速對(duì)產(chǎn)生故障的安防設(shè)備做出反應(yīng)，確保生產(chǎn)生活的安全進(jìn)行。圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)的核心功能是對(duì)安防設(shè)備運(yùn)作情況的實(shí)時(shí)智能監(jiān)控。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看，本系統(tǒng)由圖像智能檢測(cè)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、視頻存儲(chǔ)服務(wù)器和客戶(hù)終端組成。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與安防監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連，負(fù)責(zé)接收安防系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)設(shè)備的視頻和控制等信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給圖像智能檢測(cè)服務(wù)器以備處理；圖像智能檢測(cè)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和視頻存儲(chǔ)服務(wù)器連接于智能檢測(cè)專(zhuān)用網(wǎng)內(nèi)，相互協(xié)調(diào)完成檢測(cè)、報(bào)警、存儲(chǔ)、錄像、報(bào)表、數(shù)據(jù)分析等相關(guān)功能；客戶(hù)終端既可以安裝于智能檢測(cè)專(zhuān)用網(wǎng)內(nèi)，也可以安裝于安防系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，供用戶(hù)查看報(bào)警信息和報(bào)表、視頻等相關(guān)數(shù)據(jù)，可以為不同終端設(shè)置各自的權(quán)限。圖2 軟件主界面（二）系統(tǒng)詳細(xì)功能。主要包括的安防設(shè)備實(shí)時(shí)智能監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和管理兩個(gè)方面。1.安防設(shè)備實(shí)時(shí)智能監(jiān)控。視頻監(jiān)控設(shè)備故障智能檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控和檢測(cè)功能如下：圖像模糊：檢測(cè)由于灰塵、相機(jī)故障、聚焦、鏡頭質(zhì)量等多方面因素造成的圖像模糊不清的現(xiàn)象。圖像閃爍：檢測(cè)由于線纜接觸不良或者相機(jī)內(nèi)部故障等造成的圖像時(shí)好時(shí)壞的現(xiàn)象。圖像過(guò)暗：自動(dòng)檢測(cè)由于夜晚光照不足、人為遮擋、遭到噴涂或者攝像機(jī)自身故障等原因造成的圖像過(guò)暗的現(xiàn)象。圖像過(guò)亮：自動(dòng)檢測(cè)由于環(huán)境光過(guò)強(qiáng)、攝像機(jī)增益控制失效等原因?qū)е碌膱D像過(guò)亮現(xiàn)象。攝像機(jī)無(wú)信號(hào)：自動(dòng)檢測(cè)由于攝像機(jī)自身故障、電源故障或者視頻信號(hào)線斷開(kāi)等原因造成的攝像機(jī)信號(hào)丟失。云臺(tái)檢測(cè)：自動(dòng)檢測(cè)云臺(tái)在上、下、左、右等各方向上是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常。定時(shí)檢測(cè)：用戶(hù)可自主設(shè)置自動(dòng)檢測(cè)的起止時(shí)間與檢測(cè)項(xiàng)目，避免干擾正常生產(chǎn)過(guò)程。2.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和管理。在自動(dòng)檢測(cè)故障的核心功能基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)還提供了實(shí)用的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表生成功能，方便用戶(hù)根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行任務(wù)安排和管理。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和管理功能包括：故障率：檢測(cè)在一定時(shí)期內(nèi)一組設(shè)備發(fā)生故障的幾率，并由大到小排序，以便對(duì)設(shè)備質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。故障持續(xù)時(shí)間：統(tǒng)計(jì)在一定時(shí)期內(nèi)一組設(shè)備從發(fā)生故障開(kāi)始到故障得到處理所持續(xù)的時(shí)間，以便對(duì)檢修人員的響應(yīng)速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。詳細(xì)數(shù)據(jù)報(bào)表：統(tǒng)計(jì)并打印一定時(shí)期內(nèi)所有的故障詳細(xì)記錄，包括車(chē)間名稱(chēng)、通道名稱(chēng)、故障發(fā)生時(shí)間、故障原因、檢修人員等。四、結(jié)束語(yǔ)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，基于安全目的視頻智能監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展己成為社會(huì)發(fā)展程度的重要標(biāo)志之一。它從最初的將視頻采集到監(jiān)控室由人來(lái)完成守候監(jiān)控，到現(xiàn)在的智能自動(dòng)視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展己有近40年的歷史。本文建立的視頻監(jiān)控設(shè)備故障檢測(cè)系統(tǒng)針對(duì)目前智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)越來(lái)越多，分布范圍越來(lái)越廣的發(fā)展趨勢(shì)，能夠保證在無(wú)人堅(jiān)守的情況下對(duì)故障設(shè)備及時(shí)給