智能視頻監(jiān)控的異常檢測.doc

智能視頻監(jiān)控的異常檢測摘要：視頻監(jiān)控在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著越來越重要的作用，本文在對視頻監(jiān)控技術(shù)的構(gòu)成與發(fā)展進行研究分析的基礎(chǔ)上，針對智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖像采集范圍廣、通道數(shù)量多，難以實時全面兼顧的特點，對硬件故障，圖像異常檢測、異常分析等若干關(guān)鍵技術(shù)進行了深入研究，并建立了帶有自動識別報警系統(tǒng)的視頻監(jiān)控設(shè)備故障檢測系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控；異常檢測；報警系統(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、生動等特點，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，視頻技術(shù)在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域獲得了廣泛的應用。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、遠程教育等提供各種服務。從應用領(lǐng)域上看，視頻監(jiān)控在各行各業(yè)都得到了廣泛的應用，除了檔案室、文件室、金庫、博物館等重要部門的監(jiān)視和報警，在公共場所進行安全監(jiān)控，在其他經(jīng)濟和生活領(lǐng)域進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)展可以分為三個階段：1.模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)。由模擬攝像機、多畫面分割器、視頻矩陣、模擬監(jiān)視器和磁帶錄像機（vcr）等構(gòu)成，攝像機的圖像經(jīng)過同軸電纜（或其他介質(zhì)）傳輸，并由vcr進行錄像存儲，由于vcr磁帶的存儲容量非常有限，因此vcr需要經(jīng)常地更換磁帶以實現(xiàn)長期存儲，自動化程度很低，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90年代，以dvr為主要標志性產(chǎn)品，模擬的視頻信號由dvr實現(xiàn)數(shù)字化編碼壓縮并進行存儲。dvr對vcr實現(xiàn)了全面取代，在視頻存儲、檢索、瀏覽等方面實現(xiàn)了飛躍，之后dvr在網(wǎng)絡(luò)功能上不斷強化。3.智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。開始于本世紀初，主要由網(wǎng)絡(luò)攝像機、視頻編碼器、高清攝像機、網(wǎng)絡(luò)錄像機、海量存儲系統(tǒng)及視頻內(nèi)容分析技術(shù)構(gòu)成，可以實現(xiàn)視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸、遠程播放、存儲、視頻分發(fā)、遠程控制、視頻內(nèi)容分析與自動報警等多種功能。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，能提供遠程訪問能力，以及解決了視頻圖像遠程傳輸問題， 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，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)，使整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件和軟件資源共享以及任務和負載共享，是監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。（三）本文主要工作。由于不間斷地分析監(jiān)視場景內(nèi)的活動、日夜值守工作量過于繁重，借助智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的海量存儲能力，現(xiàn)在對于大多數(shù)非重要安全場所大多采用全程錄像監(jiān)控，在需要時再檢索查詢相關(guān)錄像進行回放。智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機分布范圍廣，所在環(huán)境差異大，許多攝像機易受到干擾或損壞，如果未被及時發(fā)現(xiàn)將可能遺漏重要信息。本文對智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中得硬件故障，圖像異常檢測、異常分析等若干關(guān)鍵技術(shù)進行了深入研究，并建立了帶有自動識別報警系統(tǒng)的視頻監(jiān)控設(shè)備故障檢測系統(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)主要包括攝像機組、智能監(jiān)控服務器、視頻索引服務器視頻存儲系統(tǒng)和用戶操作終端五部分。在該體系結(jié)構(gòu)中，像機獲取的視頻在數(shù)字化的同時就傳送給智能視頻監(jiān)控服務器進行分析，自動檢測感興趣的活動或事件，給出實時告警并產(chǎn)生豐富的視頻索引，同時對攝像機進行控制。智能視頻監(jiān)控服務器是實現(xiàn)智能視頻監(jiān)控的關(guān)鍵組成部分。其功能是對攝像機獲取的視頻進行智能處理，先檢測出其中的感興趣運動目標，然后跟蹤它們，對跟蹤得到的一些參數(shù)通過分類模塊、實時告警模塊等處理實現(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)，包括強健的目標檢測、擁擠條件下的目標跟蹤、關(guān)節(jié)體的跟蹤，以及基于此并結(jié)合生物技術(shù)（如人臉識別）的語義推理、活動理解和狀態(tài)感知、多媒體化描述方法。另外還涉及如何設(shè)計多機網(wǎng)絡(luò)化硬件框架、引入多攝像機系統(tǒng)、完善知識庫等等?？焖贉蚀_的運動檢測。運動檢測主要是從監(jiān)控攝像機所捕捉的序列圖像中檢測是否有運動目標存在。實時性、魯棒性的基于三維模型的車輛與行人及物體的定位、識別和跟蹤。基于移動攝像機的視覺監(jiān)控技術(shù)，即將現(xiàn)有參數(shù)固定的靜態(tài)攝像機改進參數(shù)可自動調(diào)節(jié)的動態(tài)攝像機。多攝像機的協(xié)作監(jiān)控。單個攝像機視野有限，要監(jiān)控大范圍的動態(tài)場景就需要多個攝像機，此外，多攝像機也有利于解決遮擋問題。多攝像機的定標與數(shù)據(jù)融合是兩個關(guān)鍵問題。事件的機器學習方法，擬通過對序列圖像進行自組織、自學習的方法建立事件的分布模式，從而達到事件識別的目的。異?，F(xiàn)象的檢測、報警與目標的行為預測。視覺監(jiān)控系統(tǒng)的最終目的是為了解釋監(jiān)視場景中所發(fā)生的事件，根據(jù)要求對異常事件進行報警，并能根據(jù)當前目標所處的狀態(tài)對將要發(fā)生的事件進行預測。研究對目標運動情況給出語義上的解釋的方法，并將簡單的行為識別與語義理解推廣到對監(jiān)控場景的自然語言描述。遠距離的身份識別。生物特征識別技術(shù)與人的運動分析的結(jié)合是視覺監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要問題。臉像與步態(tài)是具有可感知性與非接觸性優(yōu)點的生物特征，是目前被認為可以用于視覺監(jiān)控系統(tǒng)中的身份識別的兩個主要生物特征。研究臉像、步態(tài)，體形特征相融合的人的身份識別算法，以便自動從監(jiān)控視頻中確認可疑份子。（三）異常檢測系統(tǒng)流程。一般的視頻異常檢測系統(tǒng)流程主要是讀取視頻圖像，然后檢測出目標，對目標提取特征后，根據(jù)設(shè)定的標準情況進行異常判斷及分析。視頻異常檢測中的關(guān)鍵是目標檢測和異常分析。目標檢測的關(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；第二種使用動態(tài)背景，不停的使用當前幀替代參考幀，這種方式下檢測到的多為景物中相對運動的對象。判別特征的選取和判斷當前圖像與參考圖像相似度的方法很多，可以通過像素特征例如灰度、色彩分量等信息，也可以通過直方圖等統(tǒng)計信息的變化來進行判斷，還可以考慮采用壓縮域的特征進行判斷。三、視頻監(jiān)控設(shè)備故障檢測系統(tǒng)（一）系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)應用視頻智能識別技術(shù)替代人工巡檢，針對安防應用領(lǐng)域設(shè)備量巨大，出現(xiàn)故障后不能及時、準確定位的問題，通過分析監(jiān)控視頻這一安防系統(tǒng)中最常見的數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)自動巡檢、自動定位問題、實時告警等功能，以便迅速對產(chǎn)生故障的安防設(shè)備做出反應，確保生產(chǎn)生活的安全進行。圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)的核心功能是對安防設(shè)備運作情況的實時智能監(jiān)控。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。從拓撲結(jié)構(gòu)上看，本系統(tǒng)由圖像智能檢測服務器、網(wǎng)絡(luò)服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、視頻存儲服務器和客戶終端組成。網(wǎng)絡(luò)服務器與安防監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連，負責接收安防系統(tǒng)內(nèi)部各個設(shè)備的視頻和控制等信號，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給圖像智能檢測服務器以備處理；圖像智能檢測服務器、網(wǎng)絡(luò)服務器、數(shù)據(jù)庫服務器和視頻存儲服務器連接于智能檢測專用網(wǎng)內(nèi)，相互協(xié)調(diào)完成檢測、報警、存儲、錄像、報表、數(shù)據(jù)分析等相關(guān)功能；客戶終端既可以安裝于智能檢測專用網(wǎng)內(nèi)，也可以安裝于安防系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，供用戶查看報警信息和報表、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)詳細功能。主要包括的安防設(shè)備實時智能監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和管理兩個方面。1.安防設(shè)備實時智能監(jiān)控。視頻監(jiān)控設(shè)備故障智能檢測系統(tǒng)的自動監(jiān)控和檢測功能如下：圖像模糊：檢測由于灰塵、相機故障、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：檢測由于線纜接觸不良或者相機內(nèi)部故障等造成的圖像時好時壞的現(xiàn)象。圖像過暗：自動檢測由于夜晚光照不足、人為遮擋、遭到噴涂或者攝像機自身故障等原因造成的圖像過暗的現(xiàn)象。圖像過亮：自動檢測由于環(huán)境光過強、攝像機增益控制失效等原因?qū)е碌膱D像過亮現(xiàn)象。攝像機無信號：自動檢測由于攝像機自身故障、電源故障或者視頻信號線斷開等原因造成的攝像機信號丟失。云臺檢測：自動檢測云臺在上、下、左、右等各方向上是否運轉(zhuǎn)正常。定時檢測：用戶可自主設(shè)置自動檢測的起止時間與檢測項目，避免干擾正常生產(chǎn)過程。2.數(shù)據(jù)統(tǒng)計和管理。在自動檢測故障的核心功能基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)還提供了實用的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和報表生成功能，方便用戶根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計進行任務安排和管理。系統(tǒng)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和管理功能包括：故障率：檢測在一定時期內(nèi)一組設(shè)備發(fā)生故障的幾率，并由大到小排序，以便對設(shè)備質(zhì)量進行統(tǒng)計。故障持續(xù)時間：統(tǒng)計在一定時期內(nèi)一組設(shè)備從發(fā)生故障開始到故障得到處理所持續(xù)的時間，以便對檢修人員的響應速度進行統(tǒng)計。詳細數(shù)據(jù)報表：統(tǒng)計并打印一定時期內(nèi)所有的故障詳細記錄，包括車間名稱、通道名稱、故障發(fā)生時間、故障原因、檢修人員等。四、結(jié)束語隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，基于安全目的視頻智能監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展己成為社會發(fā)展程度的重要標志之一。它從最初的將視頻采集到監(jiān)控室由人來完成守候監(jiān)控，到現(xiàn)在的智能自動視覺監(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)備故障檢測系統(tǒng)針對目前智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控監(jiān)測點越來越多，分布范圍越來越廣的發(fā)展趨勢，能夠保證在無人堅守的情況下對故障設(shè)備及時給