基于视频分析技术的安防系统

张悦

摘要：在城市的建设中，综合安防系统的建设中要具备前瞻性，要能够做好提前规划，做好城市建设过程中的综合监控安全管理，系统对城市建设规划过程中的每一个细节进行详细的考虑，对系统建设进行整体性的分析，深度集成安防系统的各个子系统，保证建设的安防系统能够发挥最佳的作用，来提高城市建设过程中的安全保卫工作。通过对视频安防系统的分析，提出了一种智能视频分析技术的解决方案。

关键词：视频分析技术；智能分析；安防系统在信息技术网络不断的发展情况下，平安城市和数字化城市的建设不断的加快，数字视频安防监控系统得到了不断的快速的发展，如何有效的建设基于视频分析技术的城市安防保卫系统，成为城市建设过程中，重点考虑的问题之一。通过对现有的视频监控系统中存在的问题进行分析，提供一种新的视频监控分析来满足城市建设的需要。

1视频分析技术

目前，一般的视频分析技术采用的是前端分析技术，主要是通过模拟摄像机对图像进行采集和分析，将视频流进行回传处理，并发送到服务器短，利用模拟信息转换装置，将采集到的视频信号转换为数字信号，在经过压缩处理之后，保存到系统的磁盘阵列中，保证在需要时进行查看。对现有的视频分析技术中主要采用的关键技术有：视频移动探测技术、压缩编码技术、视频传输协议、视频转换技术、背景差法运动目标检测等技术。一般的视频检测系统如下图1所示：

采用这种系统进行安防管理的过程中，主要存在如下确定：

⑴网上信号的数据量比较大，摄像头采用的图像数据直接回传到系统的服务器上，由服务器对数据进行处理，这样就会导致网络的传输数据压力比较大。

⑵视频图像在传输的过程中，需要经过模拟信号向数字信号的转变，在数据处理的过程中，容易丢失数据，这样就会造成图像的失真，导致图像不够清晰，而且采用VMD技术对相邻的帧图像进行处理，具有一定的局限性，它不适合在多种环境中进行处理图像，容易产生误报的情况，对于一些动态的图像的处理比较敏感，容易产生误报的现象，因此它不适合外部的环境监控。

⑶采用MPEG-4编码技术还具有一定的局限性，采用的有损压缩的方式，在数据图像压缩的过程中，容易使得图像变形。

⑷系统的结构比较复杂，不能够进行及时处理预警信息，系统的报警处理方式不够及时，只有在用户调看相关的数据图像时，才能够发现出现问题的画面，缺乏智能分析与报警处理机制，不能够进行及时的处理。

2新型智能视频分析系统设计

由于传统的视频技术分析系统存在的诸多问题，需要采用新的技术和方式，提高视频的安防管理措施，根据现代城市发展的要求，采用智能视频分析技术是现代“平安城市”建设的理想需求。

2.1 智能视频技术的选择

⑴嵌入式硬件集成前端图像采集分析单元。对于该功能的设计就是将图1所示的视频分析结构体系中，把其中的模数转换设备、编码压缩功能模块、图像分析处理单元进行技术处理，将他们的功能深度集成到高清摄像机的数据前端分析单元上，由于采用智能视频分析主要采用的是计算机视觉信息处理技术和网络信息传输技术，来实现对视频图像的画面进行分析、处理、编码等过程，相关的过程如下：

第一、图像背景学习过程：系统自动的学习并处理监视场景的情况，并作为参照背景。

第二、图像分析的加载预处理过程：根据用户的定义，对图像的处理进行预定义规程。

第三、目标提取跟踪过程：依据定义的背景图像，对相应的视频数据进行分析和处理，自动的提取视频前景的变化目标，检测视频目标的活动。

第四、视频图像的分析判断过程：根据定义的背景，对视频的追踪目标进行分析与判断，以确定视频目标是否违反了预定义的图像视频规则。

第五、触发报警过程：在对追踪的视频目标进行分析之后，根据实际的情况进行报警处理，并将预定义的信息报警到制定的用户。

3智能视频分析技术的安防系统的组成

⑴嵌入式硬件集成前端图像采集分析单元。主要功能是实现对视频图像的采集、判别、规则演算的过程，在智能视频分析系统中，每一路需要分析的视频都需要一个采集分析单元，对视频图像进行分析处理，这样可以减小图像分析的误报现象发生，可以有效的减轻网络传输的压力。

⑵服务器。它的基本功能是对报警信息进行管理，一般采用PC作为服务器，在PC机上需要运行一个系统数据库，对前端分析单元传输过来的数据进行存储，并对每一条数据进行标识、报警时间、违反规则的详细信息进行登记，并对报警触发前一瞬间和触发后一瞬间的两张现场快照进行保存，方便用户进行调取观看。

⑶管理设置工具。主要功能是用户通过界面，对摄像机上的场景进行设置和规划，并制定相应的规则，当系统的规则生成之后，管理工具就可以与前端分析单元通过服务器进行交互，在前端分析单元发现系统的信息发送变化时，可以自动的进行报警联动反应等。

⑷报警管理工具。主要功能是实现系统报警信息的管理和查看，能够对历史报警信息进行查看和分析。

4基于视频分析技术的安防系统的实现过程

通过分析可以看出：基于视频分析技术的安防系统是基于嵌入式硬件前端分析单元上实现，对于所有的图像分析功能都在分布式的集成单元上实现的，系统利用前端的视分器接入智能图像分析单元，可以对视频的原始图像进行分析；整个图像分析的过程中，嵌入式硬件前端分析单元先对采集的视频流进行编码压缩处理，形成数据流，在经过视频数据处理之后，形成有用的关键视频数据流，在图像出现异常时，能够实现报警。

⑴背景学习阶段。智能视频分析阶段，首先要进行背景学习，以取得报警的参考，在学习期间系统能够自动的建模，背景的建模是背景减除法的技术关键，智能前端主要采用的是系统设置的自适应学习时间来进行建模的，它主要根据背景的实际“热闹程度”选取一段学习时间，并建立学习背景的参考，完成系统的建模过程。

⑵目标提取与跟踪阶段。在系统背景学习完成建模后，视频分析系统会根据目标进行视频图像提取并跟踪，其中的關键技术采用背景减除法的技术，将追踪的画面的随时间变化的前景图、背景减除方法的当前图像与背景图像的差分，进行检测运动区域的的方法。因此，前景图的选取是视频分析技术的关键部分；这样就需要对前景图进行进行去躁处理，得到一个比较固定的前景图；然后是目标的识别，根据系统提取的追踪图像与前景图进行对比，并进行识别和辨识。如果要完成图像的识别，需要对视频系统进行模型培训，就是利用已知的目标特征的具体特点，对系统进行训练，系统将对目标的具体特征和大量的数据信息进行添加，学习不同目标的所有特征，这样，在系统发现一个目标时，就会根据学习的背景进行标识、匹配特性，并对目标进行分析和归纳。例如，在对指定的检测区应用侦测人在全景画面出现的规则，同时结合时间计划，这样系统就会在特定的时间内发现有人进入监控场景并自动报警。下图1为现场抓拍的情况：

⑶视频图像的智能分析过程。在系统分析的过程中，有了之前的背景学习、目标跟踪与培训、识别分类与标识等过程，为后期的视频分析提供了基础，它就是利用上述的过程对目标出现的时间、位置、速度、大小进行判断，并结合之前设置好的行为规则，对采集到的视频图像数据进行对比分析，如人员入侵、不明丢弃物、异常信息等等突发的情况，对这些情况进行比对分析。下图2是抓拍到的不明丢弃物，是智能图像的分析结果。

⑷触发报警过程。在对视频图像进行智能分析之后，系统会根据预先确定的目标活动的违反规则，与图像进行匹配，如果发现图像出现异常活动，就会根据预定义的结果进行传输报警到制定的用户，这样在经过一系列的处理之后，能够有效的减轻传输网络的压力，提高了系统的工作效率。跟踪报警模块采用的是基于Meanshift算法的团块跟踪，系统会为每个目标赋以ID号，并记录各口标质心轨迹，实现了对多目标的跟踪。Meanshift利用目标的颜色直力一图模型将图像转换为颜色概率分布图，初始化一个搜索窗的大小和位置，并根据上一帧得到的结果自适应调整搜索窗口的位置和大小，从而定位出当前图像中目标的中心位置。

5小结

在前端分析单元产生的报警信息与系统服务上数据库信息进行比对之后才能发出报警信息，在信息传输的过程中，前端分析单元会对相关的图像数据进行处理，并在网络中进行传播中，将报警信息将被转换为数字视频监控软件规定的事件格式，在数据库中进行存储，后以消息传递的方式推送给监控端，监控端根据图像信息的差异并实时给出报警信号，进行实现了整个系统的自动报警过程。

[参考文献]

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