现代安防系统中数字图像处理技术的应用研究

袁亚哲

摘要：传统的安防系统入侵技术虽然在设备配置和维护要求上比较简单，但整个安防系统的安全性有限，且传统的探测器往往是被动检测的，无法对布防区域的状态展开综合分析。数字图像处理技术的发展使得整个系统内部具有存储机制，可以对每一帧图像信息进行处理和压缩，完成异常检测，并将异常信息保存为特定格式的数据记录。文章基于现代安防系统的技术要求，分析数字图像处理技术的应用模式，发挥其应有的经济效益和社会效益。

关键词：现代安防系统；数字图像处理技术；应用

中图分类号：TP39中图分类号  文献标志码：A文献标志码

0 引言

当今社会已经迈入了数字化和网络化的智能时代，很多智能化的产品和设备应运而生。在全民安防概念深入人心的同时，数字图像处理技术作为一种非常有效的安防辅助手段，在各个行业当中扮演了关键角色。时至今日，数字图像处理技术已经成为功能强大的系统，朝着交互化和综合化的趋势不断推进。因此，需要提升整个系统的功能和监控性能，提升安防系统的准确度。

1 现代安防系统的整体结构需求

1.1 系统综合分析

在应用数字图像处理技术之前，需要对现代安防系统的布设方案展开整体评估。安防系统最为普遍的防范措施就是配置各种类型的报警探测器，这类探测器的灵敏度较高，布设技术要求简单，但也有一定的问题和缺陷。例如，为了达到较好的安防效果，需要在各个防范区域同时安装探测器，因此布网范围会较大。另外，传感器监测只能被动地在入侵产生之后才能发现和报警，鉴别能力有限，并不能发挥联动监控功能，无法用数据手段存储关键信息证据。

未来的安防系统应以智能化为根本要求自动监测区域，当环境存在异常后可以及时报警，将异常信息传达给用户端采取止损措施，而不需要额外部署种类较多的安防设备。此外，安防系统要基于图像处理技术和机器学习技术等准确检测出异常入侵和区域入侵信息，不产生过多的漏报和误报问题。在功能定制和功能扩展方面，整个系统的设计需求全部应由用户端进行定制，既可以在小区域内进行联网监控，又可以在远程进行大规模遥控，系统不受地理位置和区域的严格限制［1］。

虽然在数字图像处理技术的帮助下，整个安防系统能够发挥应有的功能和价值，但也要考虑可能存在的局限性，例如区域监控范围、系统扩展能力和系统联动等。未来的数字监控图像系统将以视频录像为核心，充分利用数字视频压缩编码技术取代传统的图像分割，能够具备多模块处理能力，提升性能的稳定性和网络扩展的范围。在经过整合数字和模拟后，可获取兼容性较高的系统平台，真正意义上实现开放式的数字图像监控，也可以进行多级视频管理。

1.2 系统方案选择和技术要求

以企业的安防标准来说，企业的安防系统需要视频监控和基础的防火防盗监控。传统的系统配置了专门的摄像头探测器、烟雾传感器、火焰传感器等终端设备，虽然技术要求较低，但安装过程比较复杂，且调试难度较大，机动性不足。此时，如果能够采用基于人工智能或数字图像处理技术的视频分析算法，就可以在视频监控的同时分析是否存在盗窃或异常入侵等事件。

与此同时，现代企业的安防系统内部要配置对应的报警模块。常见的报警系统信息传输方式有4种类型，即有线网络传输、无线网络传输、专线网络传输、公共网络传输。其中，有线网络传输的布线比较复杂，系统管理和系统维护难度较大；无线网络的传输范围有限；专线网络一般应用于某些大型企业或工厂的报警信号传输。相比而言，公共网络的构成以宽带网为主，组网可单独使用，具有较高的网络普及率，适合现代安防系统的信息传输和监控要求。在现代的网络化媒体监控系统中，安防系统不仅要有高性能的监控终端支持，同时要合理配备数字图像处理技术和多媒体信息传输网络，实现各类视频信息、音频信息和数据信息的传输。在这一方面，國外的研究起步时间较早，已经配置了成熟的嵌入式摄像设备端口，采用性能良好的小波压缩方法。随着嵌入式技术的进一步发展，更多高性能的芯片能够在数字图像处理方面起到关键作用。

为了提升安防系统的技术标准，在技术层面，通常会选择数字图像处理技术，利用计算机对图像进行综合分析。随着现代计算机图像处理技术的深入发展，计算机视觉理论开始被提及，通过图像处理和图像识别的方式，以机器为主体进行视觉分析［2］。整体来看，图像处理的大多数方法适用性广泛，例如点运算彩色技术和邻域增强都有各自的应用范围，很多情况下，数字图像处理技术还会与机器学习进行配合，使计算机具有一定的自主学习能力，利用数据规律对未知数据和后续的活动动态进行预测，随着预测工作的经验积累，预测结果的质量将不断提升。

1.3 系统模块概述

从系统的整体要求来看，基于数字图像处理技术的安防系统采用的是分布式结构和独立系统，每个用户都有专门的组网模块，可以在后期进行定制和拓展。另外，基于隐私层面的要求，在发生险情时，系统虽然会将数据直接保存在本地的PC设备上，但也可以设计专门的客户端来进行个性化定制。应用视频数据采集模块、算法处理模块、报警模块和异常数据模块，安防系统实现了有效的人机信息交互，通过数字图像处理技术提供的信息，可以了解到设备运行状态、设备功能配置、监控参数、存储功能等。为了降低模块之间的耦合，提升系统的可拓展性，在数字图像处理技术的应用过程中，还会对系统进行整体的功能划分和层次划分，以数据管控的方式，避免程序大规模冗余和模块相互调用。

例如，在管理员成功登录系统后，可以提出视频录像请求，通过定时录像或手动录像的方式，获取安防系统范围内的实时信息，视频存储对象接收到录像请求后，就会调用对应的传输设备和存储设备迎合该请求，然后基于事件本身向对象返回信息处理结果，管理组件继续将处理的结果重新反馈给用户端，完成安防循环。无论是手动录像还是自动定时录像，其图像功能和图像价值不会产生冲突。

2 现代安防系统当中数字图像处理技术的应用

2.1 系统架构分析

基于系统的整体结构分析，可以将整个系统划分为不同的模块。须注意的是，系统的硬件平台可直接通过电脑设置开机自动运行。

2.1.1 图像采集模块

数字图像处理工作涵盖的基础工作就是图像采集。摄像设备可以根据对应的标准协议，将监控视频通过交换机传输给后台系统，如果系统只有一个监控设备，交换机可以省略传输过程将信息直接接入PC端。后台得到视频流后，会将视频解析为一帧帧的图像数据再进行算法处理，如果后台无法正确获取视频信息，就会进行系统报警，让用户端检查监控设备和图像采集模块是否保持正常工作状态。假设系统有多个摄像设备同时工作，系统会提取每个摄像设备所采集的视频流帧数等详细属性，从视频流中解码出图像二进制数据［3］。每个摄像设备采集模块获得的共享数据都可以进行预处理，包括展开图像、缩放图像灰度处理等，从而降低运算数据量，保障系统工作效率。图像采集技术在应用过程中，能精确识别物体，将灰度图像看作是图像强度信息。考虑到某些同类物体会有不同的颜色，所以系统涉及的图像算法都会对图像进行灰度处理。

人机交互模块的主要工作区域是安防系统的软硬件功能部分，人机交互可直接控制报警模块或其他关键模块，以各个模块和数据库交互的方式减少模块的直接调用，降低耦合度。

2.1.2 算法模块

智能算法模块是整个数字图像处理技术的关键点，系统会从数据采集模块中获取数字图像信息，然后对图像信息或视频进行算法分析。例如，在安防系统检测到有火灾等自然灾害时，就可以对火灾发生过程的火焰形状、火焰静态特征、火焰动态特征、火焰颜色信息等进行算法分析，从而正确识别出火灾的产生原因，减少区域内再发生火灾的可能性。又如，在火灾尚未完全形成时，会产生大量的烟雾，基于数字图像的火灾烟雾探测方案，可以直接从图像序列中识别对应的烟雾信息，获取烟雾颜色特征、背景模糊特征和运动目标特征等，在融合烟雾扩散情况、烟雾颜色以及背景区域纹理后，更加准确地提升烟雾识别率，提前做好火灾预防［4］。一般情况下，室内环境比较稳定，对烟雾检测产生的干扰有限，无法有效验证某些算法对疑似烟雾的判定能力，对此，可以考虑进行系统性能测试，确定系统的异常响应时间和精确度，确定系统是否会产生误解现象。

2.1.3 报警模块

在数字图像系统检测到异常后，就会通过报警的方式提醒用户端，即便用户本身距离较远，也可以将报警信息或现场图片发送到指定用户端。例如，当系统监测到异常后，系统会启动对应的灯光设备或远程遥控报警，产生对象威慑，某些安防系统还会与本地的警务系统进行联动，自动拨打119或110。

2.1.4 数据模块

当系统检测到异常后，会按照用户的配置要求，将异常发生阶段和异常发生过程中的现场画面或视频资料进行保存，按照时间顺序缩放处理。如果存储空间已满，新的数据会覆盖旧的数据，保证存储空间的可重复利用。系统在运行状态时会获取当前的设备信息和设备配置参数信息，所以系统数据库会将所有的设备功能列表和设备参数列表包含在内。原则上，并不需要开启所有的设备功能，因为功能开启越多，系统负荷就越大，在确定整个安防系统的运行参数要求和运行时间要求后，可基于系统精确度需求，保障系统性能的性价比，关闭一些作用较小的功能［5］。如果系统检测到数据异常，整个数字图像处理会以算法分析为基础提供两种数据存储方式，一种是按照既有的时间段设定存储信息，另一种是自由设定分辨率完成智能存储。

2.2 数字图像用户管理模块

在管理人员成功进入安防系统后，可以得到对应的维护信息和修改信息，将需要的信息发送给申请信息的对象。整个数字图像处理技术在应用过程中，除了可以完成用户权限设定外，还可以对相同权限的用户进行统一规划，或是建立分组设定權限，让具有权限的用户完成对应的权限访问。同时，用户管理模块还可以设置某些用户对某些设备的专门管理权限，可根据需要自行选择。

2.3 监控模块与录像存储

监控模块会根据不同的业务需求确定监控范围，在进行视频监控后，可以完成监控信息反馈，管理组件按照请求的信息类型把对应的请求转发给对应的对象。在整个数字监控模块的前台界面，可以对录像存储要求进行管理，随时查看录像信息并将其下载到本地。无论是手动录像还是定期录像，都可以指定录像路径或录像内容，或是在系统中设置定时联动功能和触发功能，勾选报警模块或布防模块。现阶段，很多安防系统还要设置专门的音频服务或会议服务功能。由此可知，整个监控模块和录像存储要求当中要做好人员和区域入侵检测、本地报警或远程报警检测、图像采集和视频存储等，整个监控模块和录像存储在满足高精度的同时具有非常短的响应时间，可达到预期的设计要求［6］。需注意的是，整个系统的运行环境和数字图像处理技术的应用都要满足一般的配置需求，否则会导致某些常用PC端或设备无法发挥良好的监控能力，影响到安防系统的工作性能和参数等。

3 结语

基于数字图像处理技术的安防系统可通过人工智能算法等多个技术模块，配置人员和区域入侵检测、智能报警检测等多项功能，且系统的精度高、反应速度快，各项指标都能达到既定的标准。在确定整个系统的功能与性能需求后，可利用数字图像处理技术提出人机交互和数据应用层面的策略方案。在将来的工作中，可考虑借助数字图像系统把安防系统打造成智能化反馈系统，例如基于手机App开发远程控制功能或远程数字处理模块，在不影响算法检测准确度的同时让系统具备良好的应对能力。

参考文献

［1］姚李虎.数字图像处理技术在智能博物馆安防系统的应用策略［J］.网络安全技术与应用，2022（3）：122-123.

［2］王毅，张禹，钱宏文.基于Hi3559的多路HD-SDI视频传输系统［J］.电子技术应用，2022（3）：83-87.

［3］黄君君.客运站安防工作中的智能視频监控系统的分析与设计［J］.网络安全技术与应用，2020（1）：136-138.

［4］王岩，熊芳芳，卢曦.应用于社区安防的车牌识别门禁系统关键技术研究［J］.电脑编程技巧与维护，2016（19）：82-83.

［5］张烨，黄新波，李菊清，等.视频图像处理在输电线路安防系统的应用［J］.广东电力，2016（5）：102-107.

［6］梁策，刘北胜，陈长春，等.高速铁路视频调用时延测试系统的设计与实现［J］.北京交通大学学报，2016（5）：116-119.

（编辑 沈 强）

Application research of digital image processing technology in modern security system

Yuan  Yazhe

（School of Information Engineering，Zhengzhou Technology and Business University， Zhengzhou 451400， China）

Abstract： Although the traditional security system intrusion technology is relatively simple in equipment configuration and maintenance requirements， the security of the entire security system is limited， and traditional detectors are often passive detection， can not be deployed in the region of the state of comprehensive analysis. With the development of digital image processing technology， the whole system has a storage mechanism， which can process and compress every frame of image information to complete anomaly detection， the exception information is then saved as a data record in a specific format. This research will also analyze the application mode of digital image processing technology based on the technical requirements of modern security system， and bring its due economic and social benefits into play.

Key words： modern security system; digital image processing technology; application