2023 年 02 月 08 日 星期三

视频监控技术大变革面临的几大问题
2012-05-15   来源:智慧城市    点击:929

视频监控技术的发展正受到两个方面的压力。一方面,监控系统作用和功能被认可,各行各业都表现出巨大的需求,视频监控已成社会管理、环境监控、业务监管、状态控制,特别是公共事务管理的首选和必备手段。同时上级领导、主管

视频监控技术的发展正受到两个方面的压力。一方面,监控系统作用和功能被认可,各行各业都表现出巨大的需求,视频监控已成社会管理、环境监控、业务监管、状态控制,特别是公共事务管理的首选和必备手段。同时上级领导、主管部门也对监控系统建设及取得的效益给予了充分的肯定,作为政绩考核的重要内容。可以说从上到下对视频监控都表现出巨大的、刚性的需求。

  另一方面,早期项目和建成系统反映出的许多技术问题与不足,系统运行过程中暴露出的缺欠和管理上的问题没有得到很好的解决。系统获得的信息量巨大,但应用水平低。同时系统建设投入大,实际效益却与期望差别较大。显然,这方面的压力是监控技术发展负面的因素。

  在这两个压力的相互作用下,加之视频技术快速发展,新技术不断涌现,而其成熟度和实际效果并未得到实践的证明,致使用户在进行选择时犹豫不决。因此有人评论当前视频监控系统建设正处于进退两难、举棋不定的纠结状态。

  视频监控技术要想得到更广泛的应用,走上新台阶,解开纠结,必须要重新、全面地规划监控系统的结构、功能、技术指标和技术构成。在纷繁的技术环境下做出正确、可行的选择。希望安防技术工作者,不是一味地宣传什么趋势、潮流,呼唤新时代的到来,而是把新技术、新产品创新的实质、它将带来的影响和改变,可以达到的限度(技术限值)、特别是它们目前的成熟性、适用范围及应用的切入点告诉大家。

  增加量、提高质

  公共事务管理需要建设大型的视频监控系统,许多小系统也需要通过联网进行整合,大型化成为视频监控系统的趋势。但正是这种大型系统突现了上述的负面问题。因此在进一步推广和普及监控系统应用时,是通过增加量来实现系统的大型化,还是努力提高质量来提高系统的效能,成为须首要决定的问题。

  在传统视频监控系统的设计模式上,增加摄像机的数量,扩大系统的覆盖是最简单的方法。但它会加剧上述问题,导致更严重的负面影响。而且单纯的提高摄像机的数量,并不能解决看不见、看不清、系统信息资源利用率低的问题。提高系统的质,意味着要采用新技术和新产品,然而在目前的技术环境下,新技术和新产品在功能、性能和成熟性方面有一定的限度。即使大家寄予厚望的高清摄像机、视频智能分析技术也不能从根本上解决看不见、看不清、看不了的问题。看不见并不完全是因为没有摄像机,看不清通常不是由于摄像机分辨率不够,而看不见、看不清的时候无法进行智能分析,智能处理并不能生成没有获得的信息和恢复丢失的信息。所以提高系统的质,并不是看不见增加摄像机、看不清换高清、看不了上智能这么简单的事,而是一定要采用新的设计思路和理念,在系统设计上进行创新。

  重视摄像机合理布局的设计

  要重视摄像机合理布局的设计,要从不同机型的选择、组合和安装方式,方位、数量、照明等方面综合考虑,统一规划;不能孤立地、一个点一个点地规划摄像机的选型和配置。要建立监控区的概念,根据其性质和要求,通过多个摄像机形成有效的覆盖。“有效覆盖”不是传统的摄像机视场的无缝拼接(无死角),而是通过摄像机的组合,保证在监控区内,目标和事件的捕捉率达到规定的几率,如一个目标在监控区内活动,可以获得的一定数量的图像。按无死角的思路去设计系统,只能是增加摄像机来提高覆盖,是没有限度的;有效覆盖则是按规定的要求去设计系统,追求系统的综合效果、最优性价比,正是法网恢恢、疏而不漏的哲学。

  加强系统的实时监控功能

  要加强系统的实时监控功能,视频监控系统原本就是依此设计的,实时监控是系统的基本功能,毕竟人的观察是发现稍纵即逝的事件(信息)和实现快速响应的最好方式。 无论系统智能化程度多高,实时监控都是系统不可缺少的功能。然而目前许多系统已弱化了这一功能,甚至不具备实时监控的条件,系统的基本功能已转变为事后查证(信息存贮)。主要表现为:图像显示环境的人机关系不适合于人的观察;系统的控制不便于针对目标或事件的监控。所以加强实时监控功能一定要改变系统设计思路和理念,并在系统结构上实现创新:

  · 要专门设计系统的监控位,建立较好的观看环境(屏幕的布置和人机关系),保证系统具有监控适当数量图像的能力;加强值机人员的培训并采用适当的激励机制,提高观察方法和技巧,提高通过实时监控发现事件及其动向的能力;

  · 要改进系统的结构,监控位应具有(经授权)自主生成局域的或以事件为中心的子系统,子系统的摄、存、控可以独立的管理和操作。这样的子系统可以按事件记录图像信息(看与录的内容一致)和以事件为特征进行图像检索。

  建立报警提示的功能

  要建立报警提示的功能,报警联动、切换图像是安防系统的传统功能,这一功能现已弱化,主要是没有合适的探测手段。对开放环境,确实不能像封闭性局域系统一样,使用入侵探测器来触发报警,切换相关图像。可以采用人机互动(巡逻人员报警,报警按钮),形成报警触发机制;在这方面图像智能分析可能会有所作为,通过对不规范行为的识别、及时提示、警告,记录信息、传送警情(图像),也可适当采用图像智能分析技术提示值机员、切换图像来提高监控的效率,避免遗漏。

  加强系统深化应用

  要加强图像搜索、过滤、关联、综合分析技术的研究,提高图像,特别是存贮图像的应用水平。所谓深化应用就是把有用的信息,及时、准确地提取、记录、整理出来。

  数字、模拟

  很多人认为数字视频监控系统已经很成熟、很普及,实则不然,目前、数字视频系统还有许多问题需要解决,它真正的优势还没有体现出来,真正的数字视频监控系统也不多。人们一直在对数字、模拟两者的技术优势、经济性和适用性进行权衡、比较。视频监控技术“三化”的趋势确实不是新概念,但远未实现。数字化是网络化、智能化的基础或前提,必须将数字视频技术本质的优势表现出来,并选择适当的切入点,数字视频监控系统才有可能得到广泛的普及。

  视频监控系统的数字化是必然的,但并不意味着模拟系统会完全被替代,即使数字系统广泛的应用了,模拟视频监控系统仍然有一定的市场和发展空间,特别是在局域性的系统中。两者在不同的环境下,各具优势(技术、标准化、经济性和图像质量),很多情况下,模数混合方式将是一种合理的选择。

  数字化的本质优势在于可以获得和表达更加丰富的信息,并能较大的降低系统开销(资源的占用)。数字视频监控系统一定要获得很高的图像质量(比之模拟系统),才能得到市场真正的认可和接受,因此系统的设计思想应从在规定的(通常是窄带的)资源出发来设计系统可达到的图像质量,转变为以规定的图像质量要求去规划系统所需要的资源。

  高清摄像系统是视频监控数字化的切入点。在视频系统数字化的进程中,有过最后一根视频电缆多长,既在什么地方进行模数转换的问题。真正的高清摄像机(数字机)没有这根电缆,实现了全系统信息流的数字化,同时传送高清的图像格式(保证高清图像质量),因此是真正的数字化系统。
数字化视频监控的实现途径

  数字化(高清)视频监控的实现主要有两种途径:HDcctv和网络视频。

  HDcctv,由广播电视系统SDI方式发展而来,从系统结构上看:它是传统监控模式的延伸,核心的特征是闭路的结构和传输介质的专用性。它对摄像机输出的视频流不分包、不压缩,所以传送图像不失真、不抖动、实时性好,为系统后台的图像智能分析提供最佳的图像。这样的结构利于系统从标清到高清,从模拟到数字平滑的转换,或构成标/高清、模/数混合系统。平滑转换并不意味着完全兼容,所谓“插上就用”是不对的,认为它与模拟视频是完全相同的观点也是错误的。系统中采用的同轴电缆或BNC连接器与模拟CCTV系统中的产品在性能上完全不同。

  SDI系统的数据流不是通常的视频压缩编码信号,而是将并行的视频分量信号转换为串行顺序制信号的数字流,因其不做压缩处理,故数据率很高。通常、SDI是270M系统,而HD-SDI是1.5G系统。因此、传输距离受到很大的限制,但随着光通信技术的进步和应用,这一点会得到明显的改善,HDcctv方式的应用范围也将不断的扩展。

  网络视频,利用网络平台的数字视频系统。其特点是开放、系统可自主生成、便于系统的扩展和升级。目前、基于网络传输的视频监控系统已有了大量的应用,但与模拟视频监控系统相比,在图像质量上还没有表现出优势。通常认为图像质量的主要指标是图像格式(分辨率)和延时,其实抖动是一个更严重的问题。网络视频系统产生图像延时有多种原因,如编/解码、数据分包等,也包括摄像机本身的图像处理(宽动态、图像积累等),但这些因素不会引起图像的抖动。所谓抖动是指图像帧率的波动,主要由网络环境决定,如网络带宽的变化和各种干扰。网络视频监控系统一般没有前向纠错功能,图像传输受网络环境的影响,会产生较大的图像抖动,如出现错码和丢包时,需要进行数据重发。这种图像帧率的不稳定对图像内容分析的影响很大,是今后网络视频系统要注意解决的问题。

  目前有所谓三大标准(HDcctv、ONVIF、PSIA)之争,实际上就是上面的两种选择,有人认为网络视频是最终的解决方案,HDcctv是其完善前的过渡。其实两者各有长处,具有互补性,在相当长的时间内,两者会共同存在,并各有自己的市场。

  高清、标清

  高清晰度摄像机是借用广播电视的概念,应用电视一直用分辨率来评价图像表达细节的能力。高分辨率是应用电视摄像机一直追求的目标,在保持扫描格式不变的条件下,水平分辨率不断地提高,如所谓模拟高清摄像机,其分辨率可达600-700TVL。有些摄像机的摄像器件像素数可达130万、500万,甚至更高,它们的输出信号是标清的视频信号,在电子变焦(拍摄或显示局部图像)时,可得到很高的分辨率,但它们仍是标准电视制式设备,与之保持完全的互换性。还有些大像素的摄像机,因不能保证足够的帧率,已属数码相机的范畴。

  高清电视摄像机则不同,它要求图像分辨率在水平、垂直两方向上比平均标准电视增加一倍,并且亮、色分离(标清是通过频谱交错技术复合在一起),所以(电视)扫描制式、基带信号格式与标清电视不同,两者不再兼容,不可互换。目前高清摄像机的图像输出主要是数字流。

  推广高清监控系统,首先要明确高清图像在哪些方面能表现出它的优势。显然,在观察局部图像和希望获得图像细节信息时,高清图像的价值才能体现出来。如将局部图像全屏显示时,图像仍具有很高分辨率,并不出现马赛克现象;电子警察或道路卡口系统在进行号牌识别时,足够的像素数才能得到较高识别率。再如进行图像个体识别时、高分辨率(像素)图像是重要的条件。但在通常的实时监控环境下(观看距离与显示动态图像),高清图像与标清图像的观察效果差别不大;在进行图像行为分析时,对图像的帧率稳定性(时间分辨能力)要求很高,而对图像(空间)分辨率要求并不高。所以建设视频监控系统时,要具体问题具体分析、因地而宜,选择合适的场合和部位采用高清摄像机,不要简单地从概念出发,一刀切。

  目前高清视频监控系统还没有形成统一的标准(制式),如何实现系统中摄像、传输、录像、显示、图像变换和处理设备完整的配套和统一的接口。这也是高清视频监控技术要尽快解决的问题。只有建立统一的标准,形成完整的配套,才能做到,各厂家设备的互换性和通用性,为用户提供更多的选择。

  最重要的是要解决高清图像与标准图像系统的集成问题。它们不能简单地成为两个独立的系统,以保证高清系统的高质量图像和高分辨率。视频监控系统必须对系统中各种信号源的图像进行综合显示、记录和编辑等处理,对高清图像进行下变换,或对标准图像进行上变换。目前很少见到将标清信号上变换的系统,大多系统在图像显示时,都是将高清图像信号解码成标清格式(下变换),显然这样的系统将高清摄像机的图像质量打了折扣。

  谈到实现高清视频监控系统的技术途径,又回到上节的问题,既存在HDcctv和网络视频两种方案。从媒体的宣传看,网络视频的呼声似乎很高,最近有关HDcctv的声音才逐渐多起来,其实在技术成熟性和图像质量方面,后者是有优势的,只是受传输带宽的限制,应用范围上有一定限度。而网络视频目前主要应用于视频监控系统的组网,重点还放在解决网络间的互联,系统间的互操作和数据间的互通(解码)等方面,对实现高清图像的传输并没提出更好的方案。

  强调制订统一的标准就引出一个问题,既高清监控系统是否与广播电视保持基本相同的制式。我们知道应用电视一直采用与广播电视基本相同的制式,保持基本设备的通用和互换性,在传输、记录、显示、编辑方面基本采用广播电视的设备,而把专用摄像机做为自己研发的重点。视频监控技术在数字化过程中,产生了许多独具特色的设备,如数字存贮设备和上面提到的摄像机,好像要与广播电视分道扬镳,于是产生了高清监控系统是否继续坚持原有的选择的疑问。其实毋庸置疑,在高清时代,应用电视仍将与广播电视保持基本相同的制式。做为电视技术的两个轮子,它们具有共同的技术基础,广播电视在巨大市场需求的拉动下,是电视技术进步的箭头,也带动着应用电视的技术进步。保持这种方式符合技术规律和市场规律,也最具经济性。

  图像识别、内容分析

  人们把解决现行视频监控系统的不足寄望予智能化,甚至期望它能解决目前存在的所有问题,然而现实与期望相差还很远。

  图像的自动解释是视频监控系统智能化的基本标志,但其真正的含义、基本功能及实现的途径是经过很长时间的探索才逐渐清楚的。通过图像来识别个体是安全系统最迫切的要求,近年来,图像识别有了大量的成果,各领域,特别是安全领域都有了初步的应用,主要有两种方式:

  · 验证:通过对监控目标的识别,确认目标的身份及正在发生行为的合法性。这是安防系统的基本功能和典型应用;

  ·识别:将输入特征与数据库中大量的参考值进行比对,确定目标的身份,以发现各种事件的相关线索。是侦察系统的典型应用,这样的系统要建立海量的样本数据库。

  以上两种方式和应用都要求系统首先要定义特征,并保证原始输入和现场输入的相关性,也就是建立一个稍加限制的环境。然而通常的视频监控系统达不到这个要求。这就必须导找一个新的途径,我们知道图像的两个分辨能力为图像识别、内容分析提供了条件,成为图像技术研究的方向。内容分析自主的定义(简单)特征不与原始输入相对比,而是通过图像关联来实现目标的识别、行为分析和预测等,所以称为图像内容分析。它以通常的视频(监控)系统为基础平台,是监控系统智能化的方向和实现途径(笔者六年前在a&s上撰文时提出的)。

  图像内容分析的研究分四个阶段,产品和应用也分四个层面:

  · 将(运动)目标从视频图像中分离出来。并能在简单环境下(单目标、背景单纯)对目标分类;

  · 在简单环境下对目标进行行为分析,判定其运动的方向、方式,目标的复合或离散,发现和告警异常的行为;产生目标的运动轨迹,并能进行目标的自动跟踪;进行目标的统计、关联、过滤、趋势预测等;

  · 在复杂环境(既通常的视频监控环境)下实现上述功能,并实现(单源、多源)图像的关联;

  · 实现视频语义的解析,通过对一个图像序列的分析,理解其包含的真实信息。

  前两个层面是图像内容分析的定义,目前已有了一些成果;第三个层面是技术实用性的关键,达到了这一点,系统才具有应用价值,目前大多数产品还达不到这一阶段;视频的语义解释是技术的最高境界,它表明机器具有了与人一样的理解图像的能力,但具有人所不能达到的效率,目前还达不到这个程度,但可以通过内容分析对图像信息进行标引,进而图像信息间的关联,图像与声音、图形、文本之间的关联,这是图像信息深化应用的前提,可称为视频半语义解释。

  图像内容分析不同于视频探测,也不同于图像识别,视频监控系统智能化的真正含义和基本功能就在于此。图像内容分析既要处理单帧图像(分离目标),又处理图像序列(行为分析等),既关联单个图像源(摄像机)的图像,又要关联多源的图像。既可在前端处理,又需要系统(后台)处理。因此一定要采用分布式增强处理结构,引入云计算的概念并成为物联网的核心技术。

  物联网在安防系统的应用并不是成熟产品的应用,而是概念的推广和关键技术的突破。传感网是物联网的基本单元,它的核心功能是真实感知和各传感器之间的互联(信息的关联)。图像内容分析技术充分实现视频探测的功能,并可进行各种信息的关联,因此可成为传感网的核心,正是物联网迫切需要突破的关键技术。

  视频监控系统的智能化是逐步发展的过程,不可能一蹴而就,也没有终极的结果,要经过不断的技术积累,特别是核心技术的突破。

  监控技术智能化已经实现的观点是不正确的,希望它能解决目前监控系统的所有问题和不足也不现实。

  图像系统智能化的重要标志是信息的机器解释,但不能完全代替实时监控,应通过图像分析技术来提高实时监控的效率和效果,消除和改善实时监控容易出现的问题。通过分析,发现超出正常的状态,确定其相应的(风险)等级,然后产生相应的提示、警告、反应信息,再通过实时监控,捕捉到转瞬即失的事件、事态图像。

  要积极的选择合适的场合应用图像内容分析技术,只有应用才能促进它的发展,让人们认识到它的作用,改进它的不足。但不能不分场合的、盲目的遍地开花。

  结语

  视频监控技术正处在大变革的时期,我们面对多种选择,需要正确的把握方向。因此、要倾听各种声音,既要跟上技术的潮流,又要作到不跟风,不盲从。特别要注意国内外知名品牌(企业)的动向,注意理解技术后面深层次的东西.
 

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