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视频智能分析的今生与来世

  与传统的图像移动侦测(VMD – Video Motion Detection)不同,VCAsys智能视频分析算法可以根据前景和背景的信息准确识别出静止
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  与传统的图像移动侦测(VMD – Video Motion Detection)不同,VCAsys智能视频分析算法可以根据前景和背景的信息准确识别出静止或者移动非常缓慢的目标,其基于更加复杂的算法识别出真正目标的行为,并滤除背景对目标识别所造成的干扰,从而有效地将目标行为与智能分析所设置的规则进行对比,以确定是否需要作出报警提示。本文就智能视频分析的原理、运行过程及功能作出了深入浅出的阐述。

  视频智能分析很早就应用在安防行业上,如银行、企业、监狱等的安全应用方面。随着社会各行业的发展,视频智能分析已不再仅仅意味着安全,而是拥有了更加多元化的应用需求。

  现在,视频智能分析常见的应用有人脸识别及车牌识别等。所有的视频分析都是建立在对视频中目标有效识别的基础上,而且有别于传统的移动侦测(VMD - Video Motion Detection)技术,虽然两者都能判断出画面内容的变化,但是移动侦测只能判断出画面内容的变化,而无法区分真正的目标和背景干扰,智能视频行为分析则首先将场景中的背景和目标分离,识别出真正的目标,去除背景干扰(如树叶抖动、水面波浪、灯光变化等),进而分析并追踪在摄像机场景内出现的目标行为,获得这些目标的行为属性,从而使得抗干扰能力有本质的提高,再与用户预先设置的各项规则进行对比,判断是否需要发出报警提示。

  智能视频分析引擎(VCAsys)的工作原理及过程

  首先用户需要预先设置检测区域或者检测线,针对每个检测区域或者检测线指定相应的规则。在摄像机拍摄的视频经稳定处理后(智能视频分析算法的一部分),会生成稳定的视频,接着视频分析引擎VCAsys会分析稳定后的视频,使用一种“背景分离算法”对背景进行学习,并将画面中的前景(即目标)和背景进行分开,这是VCAsys智能视频分析算法的核心部分。VCAsys会分析每个像素在前后一段时间内的变化,以确定整个画面中相对静止的部分和发生变化的部分,再根据所有像素在一段时间内的变化规律,确定画面中属于背景和前景的部分。

  与传统的图像移动侦测(VMD – Video Motion Detection)不同,VCAsys智能视频分析算法可以根据前景和背景的信息,准确地识别出静止或者移动非常缓慢的目标,其利用复杂的算法识别出真正目标的行为,并滤除背景干扰,如树叶抖动、水面波浪等,此外还包括一些其它功能,如对画面亮度变化的滤除、3D校准、输出稳定视频等。根据从背景中分离的目标信息,VCAsys建立目标数据,包括目标的形状、大小、速度、轨迹、颜色等信息,依据这些目标数据,VCAsys将目标从背景中标识出来,并使用Metadata(数据分析结果)描述目标的属性与行为,将这些目标的属性及行为与每个检测区域或者检测线中预设的规则相比较,以检测目标的行为是否违反了预设的规则。如果检测到目标违反预设的规则,则以事件(Event)的形式(包括多种方式如TCP事件、HTTP事件、FTP、Email、触发报警设备等)输出。VCAsys同时也会以Metadata的形式将目标的各类属性及行为信息通过网络输出。用户还可以利用视频分析引擎VCAsys输出报警事件,或者解析Metadata获取相关信息并触发相应操作,或甚至进行深度开发。

  智能视频分析的配置及功能

  前面的叙述看似复杂,其实其配置简单易懂,只需将设备通过网线连接到pc上,然后在浏览器上输入设备的ip地址,便可以配置想要的功能和报警输出了。就目前来看,智能视频分析的主要功能有以下种类。

  存在检测

  用于检测指定区域内是否有目标存在,即是指视频画面中是否有区别于背景的其它物体,这些物体不论是从静止变为移动,还是从指定的区域外部进入,都被视为存在。

  进入检测

  用于检测是否有目标通过指定区域的边缘由区域外部进入区域内部,即目标的移动轨迹的起点在区域外部,终点在区域内部。

  离开检测

  用于检测是否有目标通过指定区域的边缘由区域内部到达区域外部,即目标的移动轨迹的起点在区域内部,终点在区域外部。

  出现检测

  用于检测是否有目标未经过指定区域的边缘而直接出现在该区域内部,即目标的移动轨迹起点在该区域内部。与进入检测不同之处就在于进入检测的目标必须由区域的边缘进入该区域,而出现检测则不必有边缘进入,假设区域中有人从井盖里爬出来,那么进入检测边不会报警,而出现检测会。

  消失检测

  用于检测是否有目标未经过指定区域的边缘而直接从区域内部消失,即目标的移动轨迹终点在该区域内部。

  徘徊检测

  用于检测指定区域内是否有目标正在徘徊,并且其徘徊的时间超过设定的时间。触发徘徊报警的目标的移动轨迹在这段时间内必须全都位于该区域内,轨迹的起点可在区域内部或者外部。

  停止检测

  用于检测指定区域内是否有目标停止,并且停止时间超过设定的时间。触发停止报警的目标的移动轨迹终点必须位于该区域内,轨迹的起点则可以位于区域内部或者外部。

  尾随检测

  是指一个目标经过检测线或者检测区域后,另一个目标在设定的时间间隔内也经过相同的检测线或者检测区域。这种情况下会触发尾随警报。比如,将时长设置为5秒,那么对于检测线来说,一个目标经过检测线后,5秒内如果有任何目标也经过这条检测线,尾随警报将会被触发。此功能正确率在90%左右。

  方向检测

  用于检测目标在经过检测区域或者检测线时,是否在指定的方向范围内。该方向范围由起始方向和可接受角度范围两个参数来控制。

  速度检测

  用于检测目标经过检测区域或者检测线时,其速度是否在指定的范围内,如果是,则发出报警。该规则的速度范围由上限和下限两个参数设定。此功能需要根据环境与角度调整,正确率在90%左右。

  目标分类

  VCA可以基于目标的属性(即目标的面积和速度)对目标进行分类。系统内置了一些比较常见的分类,用户可以根据三维校准的结果修改这些分类的参数,或者添加新的分类。每个检测区域或者检测线都可以进行分类过滤检测,即设置为只检测某些分类,或者不检测某些分类。比如是车辆、人群或者小动物等,此外还可以添加自定义分类。

  颜色检测

  用于检测指定区域内目标的颜色组成比例,如果某种颜色的比例超过设定比例,则发出报警。最多支持10种颜色的比例检测。该检测对恒定的光照条件要求较高,主要用于室内场景。

  遗弃物/物品搬移检测

  用于检测指定区域内是否有物体被遗弃,或者是否有物体被搬移。该物体可以是被进入该区域的人遗弃或者搬走,也可以是自行的进入/离开该区域(比如被人丢在区域内的箱子、被风吹走的纸张)。

  火焰检测

  检测指定区域内是否有明火发生,此功能对环境要求较高,最好在室内使用且离目标距离不要超过30米,同时最好只单独开启此功能。

  烟雾检测

  检测指定区域内是否有烟雾发生,见图1。

  计数器

  将计数器绑定一个或者多个各种规则,以统计各种事件的数量,最常用的就是过线计数-指定检测线功能,该功能可统计经过该线的两个方向的目标数量,常用在商场和客运站。见图2,从蓝线两边的计数器可以看到从右往左走过,计数器的数量便增加,目前最多支持五条线。

  遮挡检测

  检测摄像机是否被遮挡、方向是否被改变、焦距是否被调整过。如果室外的摄像机不小心被人为或者意外事件所触发的障碍物遮挡在摄像头前,也会触发报警,见图3。

  视频稳定功能

  将不稳定的视频(手持、车载、高空摄像机)稳定后输出,便于观看,同时还可选是否添加除雾功能。

  PTZ自动跟踪

  控制PTZ高速球机自动跟踪目标,支持三种模式触发:自动、手动 、VCA规则触发。此功能用在监狱最为合适,可以指定某区域若有犯人经过便跟踪其行走的路线并报警通知警卫。

  视频智能分析的局限

  在叙述了以上如此多的功能和优点后,那么是不是就会觉得视频智能分析就完美无瑕了呢?答案是否定的。其实,视频智能分析其分析判断的准确率无法达到百分之百,通常区域检测和过线检测的准确率在95%左右,尤其在夜间时如果光线太过黑暗、噪点上升、成像清晰度减损时等等外界因素都会导致其准确率下降。如果同时打开多种功能检测,如同时打开存在检测、烟雾检测和火焰检测等也会影响其准确率。最好的办法就是按照实际需要,关闭不必要的功能,减少误报率。

  结语

  随着时间的推移,科技也会愈发进步,视频分析的功能将会越来越强大,其准确率也将得以提升,智能判断行为方式的应用也会相应地增多,如当判断出有小偷偷东西时,可及时进行逮捕等。未来视频智能行为分析将会更加有效地替代人力,从而得到更加广泛的应用。

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