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浅谈智能化的发展与应用!

文/韩秋平、万和平  深圳市希德威科技发展有限公司


      视频监控发展到今天,大家对视频系统规模的快速发展是有目共睹的。近年来基于成熟的以太网技术,大规模数字化视频监控系统的建设变得非常简单,很多项目拥有成百上千个前端点位,达到上万个前端点位的超大规模监控系统也不少见。随着视频监控系统规模的增加,在图像质量越来越好的当下,能否让摄像机看懂正在发生的事件并提出告警?这正是近年来非常流行的智能化需求的由来。本文将对目前智能视频分析技术的发展变化做些简单的思考。


一、 发展现状
      智能分析技术在国际的发展已经有十几年的历史,最早智能分析主要应用于军事领域,也主要是在欧美这些发达的地区使用,随着安防领域的发展,随着视频技术和硬件处理速度的提升,随着客户的需求逐步提升,智能分析这几年在国内得到了很大的发展,因为他可以解决监控中的一些问题:有效的提高报警的精确度,先知先觉的预警能力,监控效率和范围大大提升,有效扩展视频资源用途;智能分析在国内市场中主要经历了几个主要的发展阶段:2000年前后主要以国外品牌为主,如美国的OV,以色列IOI,英国VCA等;2006年后有国内品牌陆续推出:智安邦、捷尚等公司也包括一些研究机构比如广州中科院、深圳先进院等;到了2010年国内一线品牌开始做智能分析,海康、大华、宇视、科达,希德威等。在产品形态上,国外主要以算法集成在硬件上为主:产品形态单一,价格昂贵,设置复杂,配套软件差,兼容性差,使用不方便,销售政策,服务政策死板,不提供OEM&ODM,只做品牌,加之本身智能分析需求并未达到井喷,所以国外品牌并未在中国市场收获更多的订单,部分智能分析厂家纷纷退出中国。国内厂家:产品形态丰富,即有支持模拟信号的分析盒又有支持ONVIF协议的高清信号的高清分析仪,算法一般,价格适中,设置简单,有配套客户端并能提供相应的SDK开发包,商业模式灵活,所以得到了国内一些行业方案解决领域比如:公安、监狱、平安城市、武警、煤矿、石油、电力等有开发能力的系统集成商的青睐,逐渐一些市场领域开始应用智能行为分析系统 。值得注意的是目前国内智能分析现状是都重算法,轻应用,这样就没有给客户很好的使用体验,客户没有好的体验,智能分析的市场需求量就无法真正起来,所以很多厂家对研发应用投入不够,所以现在做分析算法的公司很多,但真正把应用做的好的很少。 

二、智能前置VS后端智能分析
智能分析目前可以分为两类实现模式前端硬件分析和后端服务器分析:

      目前市面上主要是以上几种产品形态,单纯硬件分析比如把智能算法集成到IPC上,由于分析算法对硬件处理速度有一定要求,因此就会有两个极端,一是把算法集成在硬件配置低得摄像机上,处理速度慢就会影响分析效果,另外一方面有一些厂家在做摄像机时就考虑到分析算法,这样摄像机的硬件成本就会大大提升,产品价格也会变的居高不下;有些厂家用的后端分析就是一台电脑装上算法,由于电脑不是工业级的硬件设备,加之系统本身的缺陷,客户使用起来并不是很稳定,希德威公司在做智能分析产品的时候一直都很关注市场需求和客户的使用体验,从以下几个方面做了大量研发工作:第一支持Onvif高清协议的IPC,目前市面上主流厂家的高清摄像机都能兼容分析,解决了兼容性问题,另外设备采用了Linux系统,内置了死机复位功能,让其真正能7*24小时工作,形成真正工业级分析设备;

      智能行为分析的实现理,是前端视频进行采集,采集过来的视频信息经过算法本身的稳定和优化处理,算法对移动的目标和背景做一个分析,又叫背景学习,一般学习时间在两秒左右,于此同时算法可以对移动的目标的特征进行分析,比如物体的形状,相对背景的速度,大小,轨迹,等待的时间,颜色,方向等建立目标数据库,然后客户可以根据自己的需要设置相关的检测规则和事件,这样移动物体的移动触发相应的规则,概括来说主要包括:内容分析,对象识别:速度,大小,高度,面积,分析对比,形成客户的预警系统,在智能化进程发展过程中,由于国外的智能分析硬件价格贵,设置复杂,兼容性差,很长一段时间内,国内视频监控系统的智能分析功能都是采用中心分析的方式来实现,即通过智能分析服务器获取前端摄像机采集的视频流,将视频流中的静态背景与动态移动目标分离,根据预设的不同规则提取出目标的相关信息,一般来说分为存储视频数据分析与前端视频实时分析。存储视频分析侧重于如何更方便,更简单有效的“事后查证”,把有价值的信息从海量的数据中尽快的检索出来,最常见的是智能视频浓缩和智能视频摘要;前端视频实时分析则侧重于“事中报警”形成强大的预警系统,根据不同的分析算法产生不同的智能应用,比如智能行为分析:一旦发现移动目标在设定的报警区域内进入,翻越,停止,徘徊,离开等行为或者在警戒区域内出现的遗留物或者物体的搬移超过设定得时间等……就会触发报警,这种方式由原来的监控出现事件查询的被动局面转化为事件发生即报警通知相关人员部门采取预案的主动预警系统。而且他更利于将海量的监控数据中有价值的部分很快提取出来或者分类存放,这是后端智能更高端的一种体现方式。后端智能因为采用服务器集中处理模式,计算性能大大增强,能够同时运行多种功能算法,同时兼容性强,但其缺点也不容忽视,例如随着系统规模的增长,后端存储管理和传输带宽的压力将逐渐增大,那就需要通过提高后端设备的性能来解决,而如果要提高服务器配置、增加服务器及交换机数量等,最终会导致视频监控系统成本的提升。


       近几年异军突起的是前端智能化产品,前端智能化分析产品形态有:智能分析仪,智能分析DVS,智能分析IPC,智能分析仪和智能分析DVS的主要区别是智能分析仪采集的是模拟信号,有一个环出,能把移动目标的轨迹再输出上得以体现,方便客户监看,智能分析DVS,输入的也是模拟信号但输出的是数字信号,都有自己的报警输出,可以设置规则,报警对接相关的联动报警设备,比如喇叭,警笛,警灯,发邮件,短信,彩信,视频等。前端智能视频分析顾名思义就是将智能视频分析算法集成在前端摄像机或者编码器等硬件设备中,一台摄像机或分析仪就可以实现智能分析。从目前来看,智能前置这种方式有效解决了后端智能分析存在的一些问题,成为近年来智能发展的新方向。其主要优势主要表现有:一是精确度和实时性提升,二是规避了单点故障,降低风险,保证整个系统的可靠性,三是系统建设成本降低。不过前端智能也不是万能,其缺点也不容忽视:第一:智能前置对摄像机的性能要求很高,“智能”一般都依赖于对应的软硬件计算能力,因此摄像机必须具备足够强大的芯片才能支撑起多种智能分析算法,这样无形增加了硬件的成本,提升了产品的价格;第二,如果前端已经装好了其他厂家的IPC设备,项目需要增加分析将很麻烦,分析设备的兼容性是比较大的挑战,这样不利于旧的项目改造,更不利于大项目有多个厂家IPC设备作分析的要求。第三:前端分析得兼容性显然不够,很多大项目都不可能用一家视频设备,如何让这些设备增加分析功能显然前端分析无法解决;第四:前端分析只能分析单路,因此对多路分析设备的需求往往成为了一个短板;因此,虽然智能前置有很多优势,但目前还不能完全替代后端智能分析的方式。所以智能前置化趋势并不意味着后端将走向末路,两者的发展发展会出现明显的分工,同时各自的定位会逐渐清晰。
三、智能分析的厂家类型
智能分析经过这么多年的发展和成熟,他的技术和产品形态上也呈现百家争鸣,百花齐放的境界,智能分析大的分类分为安全类应用和非安全类应用,安全类的智能分析包括:高级移动侦测,物体的搬移和遗弃物,物体的跟踪,人物的面部识别,车辆识别,非法滞留,烟火检测等;非安全类有:人流统计,人体行为分析(打架,抢夺,突然倒地),人群控制,人物面部识别,注意力控制,交通流量控制,车辆识别与检测,目前安防领域主要区分为:特征分析,主要针对静态的物体特征进行分析,比如人面识别,车牌识别,颜色识别等;智能行为分析:
主要针对移动的目标进行分析,他又分为常见行为分析有比如入侵,进入,离开,出现,消失,徘徊,方向,物体搬移,遗弃物等,另外还有异常行为分析:比如突然加速,剧烈运动,起身,人群聚集,突然跌倒等;另外还有一些工业上用的智能分析,又叫图像分析,比如产品的摆放方向,产品是否又瑕疵,产品是否又油污等,这些又可以叫图像对比分析;因此智能分析产品发展到今天已经逐渐渗透到我们身边各个领域,安防领域也不例外;


      现在国内做智能分析的有几种厂家类型:首先分析有做特征分析厂家,又做行为分析的厂家,其次这些厂家中专卖智能算法性,这类厂家直接拿自己的算法,找一些做IPC设备的厂家进行合作,把算法集成在IPC上面,他的特点是价格比较低,使用简单,但目前智能算法需要有比较强有力的设备硬件支持,由于各个厂家IPC设备质量各不相同,这样就造成分析效果和效率差异很大;影响分析的效果和稳定性;另一种是专卖智能网络摄像机或者智能分析仪,智能分析编码器,这类厂家目前比较流行,但他的问题在与你买了一个智能的IPC,如果供应商不提供配套的智能分析管理软件,那么报警分析的结果如何处理,另外也牵涉到与其他系统和平台的接入智能分析不仅仅是要有分析结果,更重要的是对报警结果的如何应用,目前这对各个厂家来说是一个短板;专卖中心视频分析服务器性,这类产品的特点是产品兼容性强,分析性能有保障,分析结果能很好处理。

目前国内智能分析厂家情况:

1. 目前哪些类型的视频分析技术比较受关注?其推广应用情况如何?

      目前客户比较关注的智能分析类型主要是几种:一种是海量监控数据如何依据目标的特征进行有效快速的检索,比如视频检索和视频摘要,这些对目前各个角落都布满摄像头的今天,对大路数监控海量存储数据的今天尤其重要,比如抓拍到一张嫌疑人特征的照片,如何在海量的数据中挖掘出自己需要的嫌疑人的轨迹,视频,或者更清楚地图片,大大的降低查询时间,高效的找到自己所需要的信息;


      另外目前智能行为分析主要一下几点备受关注:正常行为分析:进入,离开,出现,消失,停止,徘徊,方向,遗弃物,物体搬移等,异常行为分析:比如人群聚集,剧烈运动,起身,突然加速,跌倒等,还有商业领域的客流量统计,但目前最能给客户带来良好体验的并被客户认可的是,正常行为分析:周界,电子围墙,徘徊,入侵等,另外商业客流统计也因准确度高受到客户好评,异常行为分析比如人群聚集,剧烈运动(原来叫打架误报太多后改为剧烈运动),起身检测等这些主要应用在特殊领域的特殊需求,比如:平安城市维稳需要,监狱监仓的防止打架斗殴的需要等等,其实由于这些功能由于行为规律性不强,应用场景复杂,到头来终究会有不少误报,影响客户的使用体验和使用的满意度;目前智能分析推广和应用都属于比较低级的阶段,因为目前智能分析还有很多问题需要解决,比如光线灯光的干扰问题,人群过于密集算法分析速度的问题等,因此在使用上我觉得相对封闭的场景下相对光线不是很复杂,比如监狱,看守所,油库,电站,博物馆等周边使用一些周界功能,入侵,徘徊检测,相对场景不是很复杂,受光线影响小,使用的摄像机设备效果比较有保障,这样才能给客户比较好的用户体验;


2. 之前智能分析技术的误报率高、处理能力、标准等问题目前是否有很好的改善?视频分析技术现在遇到主要的发展挑战是什么?
      智能分析技术随着客户的理性成熟,市场需求的成型,随着算法的优化,随着硬件处理能力的提升,智能分析在某些分析功能模块上的确很好的提升了分析精确度,大大降低了误报率;比如车牌识别,人面识别,正常行为检测,客流量统计等分析功能模块,周界防范和客流量统计等都已经达到比较好的准确率,基本上都达到客户的预期;但也有一些功能测试和使用效果并不理想:比如剧烈运动,突然加速,起身,异常行为检测,烟火检测等,这些智能功能模块因为场景的复杂及分析动作的不规律性还不能很好的达到客户对精确度的要求;但我想随着客户的理性及技术的良好发展,智能分析会在越来越多的合适场合得到合适的应有和发展;


      智能视频技术主要发展的挑战是:目前所有的智能分析算法都面对一些技术无法解决的问题,比如光线的过大变化,场景里跟踪目标过于密集比如拥挤的火车站,冷光源比如车灯,电灯的影响,影子的影响,行动过快物体的等等,这些都是目前算法技术无法很好的解决的,但如果采用热成像能很好解决光线的问题,但目前热成像的价格昂贵,白天清晰度低等造成一些客户对一些项目望而却步,另外智能分析技术发展有一些不均衡性,有些厂家有算法没有很好的产品形态甚至来运行算法的硬件设备,有些厂家把算法集成在自己的硬件IPC 或者编码器当中,整体打包卖给客户;有些厂家有算法和产品但没有配套的智能分析系统管理软件,这些都大大的制约了客户的使用和产品的推广,毕竟安防技术发展到今天,开发一套客户需要的智能分析管理平台不是一个普普通通的厂家能做到的,他不仅仅需要技术更需要时间的积累和沉淀;另外智能分析产品不仅仅有良好的分析效果,我觉得更重要的是它的兼容性和应用性,如何把有效及时的报警信息融入客户的系统非常重要,希德威公司非常关注客户体验,不仅仅有精确高效的智能算法,而且也支持前端ONVIF协议的高清IPC,兼容主流厂家的硬件设备大大提升了产品的兼容性,让客户有多种选择,另外公司也根据客户需要利用三维映射原理开发了高清智能分析灵眼平台,把前端智能分析的位置和轨迹信息在后端管理平台上准确完美呈现,具有很强的增强现实功能,让客户很直观的看到监控现场的布防情况,另外公司也提供完善的软件开发SDK,这样可以让客户直接拿着设备接入系统,方便客户的使用,大大提升报警信息的处理速度和效率;有好的智能算法,要有好的产品呈现,有好的产品呈现要有好的应用,有好的应用要有好的智能分析报警处理系统,这一环扣一环的需求才是市场所需要的!

      最后我们所需要注意的是目前智能分析算法而言,要有好的分析效果,光有好的算法好的产品好的系统是不够的,作为使用者要有一个观念,就是目前所有分析对摄像机的安装高度和角度都是有一定要求的,比如周界高度在5米以上,角度要大于15度,计数摄像机安装高度在2米以上角度要大于45度,最好90度垂直向下,比如跟踪球的高度要在4米以上等等,都要详细看一下安装要求,另外要准确的对画面里目标进行校准,只有这样才能更好的保证分析的效果;比如我接触客户就有安装摄像机角度有问题影响分析效果的,后来他告诉我为了怕有监控死角所有把摄像机调整成了水平或者向上倾斜,这样肯定会影响效果,鱼和熊掌不可兼得,要做分析必须按照智能分析的要求来选择摄像机:比如低照度,高度,角度,视野等等;所以智能分析并非万能,他是在一定环境,一定安装要求,一定设置,一定规则下才能达到最好的效果,才能最大限度的提升客户的满意度!

 

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