至元软件智能视频分析技术.docx
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至元软件智能视频分析技术
至元智能视频分析系统
应用方案典型案例
公司简介
目录
1.至元智能视频分析技术介绍1
1.1.智能视频分析技术介绍1
1.1.1.安防现状1
1.1.2.智能视频监控技术3
1.2.至元智能分析技术现状4
1.2.1.至元行为识别技术介绍4
1.2.1.1.功能5
逆行检测5
遗留物检测5
入侵检测6
移走检测7
路径检测7
人群密度估计8
人数统计9
值班在岗检测10
1.2.1.2.技术特点10
1.2.1.3.产品形式11
PC版11
嵌入式版11
定制开发11
1.2.1.4.应用方式11
与原有监控系统相结合11
独立视频检测系统12
智能化监控产品模块12
1.2.2.至元视频质量诊断技术介绍12
1.2.2.1.技术功能12
信号丢失：
13
噪声异常：
13
清晰度异常：
13
亮度异常；14
偏色异常：
14
画面冻结：
14
画面抖动：
15
滚屏：
15
条纹干扰：
15
1.2.2.2.技术特点15
1.2.2.3.应用方式16
1.2.3.至元视频质量增强技术16
1.2.4.至元视频表盘识别技术17
2.至元智能监控安防系统解决方案20
2.1.公安系统需求的实现20
2.1.1.禁区入侵检测20
概述20
实现21
2.1.2.人群密集检测21
概述21
实现22
2.1.3.突然加速行为检测22
概述22
实现23
2.2.机场应用需求的实现24
2.2.1.区域入侵检测25
概述25
实现26
2.2.2.人群密集检测26
概述26
实现26
2.2.3.可疑物品遗留检测26
概述26
实现27
2.2.4.违规停靠车辆检测27
概述27
实现28
2.2.5.人员逆行检测28
概述28
实现28
2.3.公路交通、隧道需求的实现29
2.3.1.违章或意外停车检测30
概述30
实现31
2.3.2.遗洒物体检测31
概述31
实现32
2.3.3.违章逆行检测33
概述33
实现33
2.3.4.人员出现检测33
概述33
实现34
2.3.5.违章变线检测35
概述35
实现35
2.4.油田需求的实现36
2.4.1.区域入侵检测37
概述37
实现38
2.4.2.可疑物品遗留检测38
概述38
实现38
2.4.3.违规停靠车辆检测39
概述39
实现39
2.5.监狱、看守所需求的实现40
2.5.1.禁区入侵检测40
概述40
实现41
2.5.2.人群密集检测42
概述42
实现42
2.5.3.突然加速行为检测43
概述43
实现43
1.至元智能视频分析技术介绍
1.1.智能视频分析技术介绍
1.1.1.安防现状
自美国“911”事件之后，公共安全防护逐渐越来越为各国政府所重视，“反恐”成为国际社会发展的主题之一。
而对于我国来说，作为一个社会经济的不断发展，进一步发展，社会群众的平安意识增强，政府部门关于“平安城市”的概念的提出，对我国公共安全提出了越来越高的要求，保障社会安定，维护国家安全及人民群众的生命财产安全，打击违法犯罪及其他危害安全的行为成为全社会的共识。
我国正处于社会主义初级阶段，公共安全防护手段目前仍处于较低水平，在很大程度上都还在采用持续了数十年的“人海”战术，单靠增加人力来承担社会安全保障的繁重任务，任务越来越艰巨，但效率却很难提高。
对于机场、油田、政法、部队等安全要求更高的系统部门来说，这一矛盾尤为突出，如何配备新的技术、新的产品来提高安全防护工作效率，以便在更短的时间内处理并解决更多的安全事件，缩短异常事件反应时间，减少安全事件所带来的损失，成为这些部门单位面临的迫切问题。
从另一方面来说，如果能在安全事件发生之时对一些不安定因素、违法犯罪行为、异常状况及时发现并消除在萌芽状态，不但可以大量节约安保人力，而且可以在这些事故（或犯罪行为）发生初期便及时反应和处理，避免造成更大的社会人财物等方面的损失，这比提高工作效率，缩减办公流程具有更为巨大的意义。
智能视频分析自动报警技术即为当前最新的一种自动报警技术，能够在一定程度上及时（或实时）发现一不安定因素或违法犯罪行为，缩短公安管理部门的反应时间，及时反应或补救，阻止事件的进一步恶化或造成更严重的后果。
目前，在许多公共场所，管理部门都安装了大量的监控摄像头，但由于监控摄像头众多，通常无法实现1：
1的显示（即每一路视频都配备一台显示器），同时，也不可能安排足够的监控人员对所有视频进行全程不间断监控，只能对一些重点视频进行重点监控，而对于大量的视频源都只能采用自动录像的方式进行保存。
因此，从很大程度上，这些监控系统都已沦落为一种“录像查询系统”，即当异常事件发生并造成严重后果之后，才可以利用该监控系统的录像功能，将事件发生同时的监控录像调出进行查阅，了解事件发生经过或原因，但此时事件的后果已经产生，社会资源的损失已经造成，甚至于已经造成了人员的伤亡，任何的措施都只能是一种“亡羊补牢”的效果，此时，“羊”已经丢失，后果已经发生，这种“补牢”的措施只能是为了“防止再丢下一只羊”而已。
但如果使用异常事件行为检测报警技术，则可以在“羊”“正在”丢失的时候，或是“羊”“刚刚”丢失的时候自动产生报警信号，提醒监控人员注意，使管理部门能及时反应，“阻止”羊的丢失或者“马上追查”羊被偷走的去向，还可能将羊“追”回来，挽回损失。
1.1.2.智能视频监控技术
智能视频（IV，IntelligentVideo）源自计算机视觉（CV，ComputerVision）技术。
计算机视觉技术是人工智能（AI，ArtificialIntelligent）研究的分支之一，它能够在图像及图像描述之间建立映射关系，从而使计算能够通过数字图像处理和分析来理解视频画面中的内容。
视频监控中所提到的智能视频技术主要是指：
“自动的分析和抽取视频源中的关键信息。
”如果把摄像机看作人的眼睛，而智能视频系统或设备则可以看作人的大脑。
智能视频技术借助计算机强大的数据处理功能，对视频画面中的海量数据进行高速分析，过滤掉用户不关心的信息，仅仅为监控者提供有用的关键信息。
智能视频监控以数字化、网络化视频监控为基础，但又有别于一般的网络化视频监控，它是一种更高端的视频监控应用。
智能视频监控系统能够识别不同的物体，发现监控画面中的异常情况，并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息，从而能够更加有效地协助安全人员处理危机，并最大限度的降低误报和漏报现象。
在世界反恐斗争日趋严峻的今天，智能视频监控显然能够成为应对恐怖主义袭击和处理突发事件的有力辅助工具。
此外，智能视频监控还可以应用在交通管理、客户行为分析、客户服务等多种非安全相关的场景，以提高用户的投资回报。
1.2.至元智能分析技术现状
至元软件有限公司坚持走自主创新之路，敏锐把握安防技术的发展方向，着力于视频分析和行为检测技术的研究和开发，推出了全方位多重防护的智能视频分析系统，可广泛应用于机场、公路、监狱、油田、隧道、海关、边防和军事重地等区域的监控，是一套完整的智能安防系统的解决方案，能够检测和分析潜在的危害并实时报警。
智能监控的出现，转被动为主动，真正实现了实际应用意义上的7×24全天候实时监控，能尽可能发挥监控系统的最大效力，有效的提高人员工作效率与利用率。
1.2.1.至元行为识别技术介绍
行为识别是通过对视频信号进行处理、分析及内容理解，提取视野范围内运动个体的运动特征，通过将运动特征与一定预设规则的比较，让计算机自动“理解”视频内容，当发现满足一定规则条件的“行为”时实现智能化自动报警。
由于要实现视频分析功能都需要事先根据实际监控环境设定监测范围及报警规则，同时，监测运动个体运动特征也需要自动运算和提取背景，因此要求监控摄像头是固定安装的，其视野不能随意改变，但分析算法可以适应由于周围车辆运动，自然风等因素造成的摄像头的微小振动以及由于气候、外界光源造成的环境光照变化（但不包括快速的光照巨大变化，如闪光灯，手电筒晃过摄像头等）。
1.2.1.1.功能
Ø逆行检测
针对单方向运动规则，自动检测沿规则规定的逆方向运动的个体，可用于对单向人流通道、公路单行线的逆行检测
Ø遗留物检测
当本来处于运动状态的物体保持在停留状态并超过预设时限时自动产生报警，可用于公共场所的可疑遗留物检测、交通行为中的违章/故障停车检测、车辆遗洒检测等
Ø入侵检测
规定检测区域，检测任何进入或穿越该区域的运动物体。
该检测功能可用于任意场合的入侵自动报警，如周界防护、敏感区域保卫、越界报警等。
入侵检测可以有两种工作模式，一种为“移动物体检测”，另一种为“突然入侵检测”，，这两种检测功能都能及时发现设定区域内出现的移动物体，其中“突然入侵检测”功能灵敏性更高，而“移动物体检测”功能则报警更为可靠，可以根据实际应用场景的具体情况进行选择，如在光照环境较好的室内采用“突然入侵检测”，灵敏度会大大提高。
在特殊情况下，也可以同时采用两种行为的报警，以发挥互补的作用。
“移动物体检测”功能和“突然入侵检测”功能都需要事先进行参数设置，包括划定监测区域（也称兴趣区域或ROI），设置报警灵敏度，被监测目标的最大最小尺寸，以及是否考虑透视效果等。
Ø移走检测
检测原本在视野范围之内的物体突然被移走或拿走的功能，发现被移走则自动报警，可用于对珠宝、古董、设备、车辆、财产的保护
Ø路径检测
预设规定的运动路径规则，当发现视野范围内有运动物体的运动轨迹特征符合该规则时则自动报警，以便检测到满足某特定轨迹特征的运动行为。
可应用于检测横穿公路、翻越栏杆、依次穿过某两个特定区域的行为等需求中。
Ø人群密度估计
对视野范围之内的人群密度进行定性估计，可将人群密集程度划分为多个等级，并估计当前属于何种密集等级程度，以便于超过某一拥堵程度时自动报警。
可用于广场、地铁、公园等公共场所的人群拥堵检测和报警，提高安全防范水平。
说明：
在人群密度检测功能上有两点需要着重说明：
●这种人群密度估计并非人数计数，它是通过对于指定范围内的人员覆盖率来进行估计的，而并没有计算实际的准确人数，是一个定性值而非定量值，因此，通常只是指定了少数几个级别（如0~9或“空荡、很少、较少、普通、较多、很多、拥挤、拥堵”等少数几个级别），同时也允许有一定的估计误差，因此需要很好地选择报警门限，以便于减少误报警，提高报警准确率。
●其次，对于某些大场景监控中（如对某一广场的监控），所谓的人群聚集，通常来说不一定指整个监控画面的整体人群开始拥挤或聚集，而只是一片区域（如广场中的某块区域，也许只占整个广场的十分之一区域）产生了人群聚集，而此时也许视野范围内其他区域的人群是稀疏的，整个视野范围的平均人群密度并不高，在这种情况下也是应该报警的。
智能视频分析技术通过划定子区域报警来实现这种大范围内局部人群聚集的报警，即将整个监控视野分为若干区域（即子区域，任意两个子区域之间都无重合范围），并分别估计每一子区域的人群密度，当任一子区域的人群密度超过预设值时即产生报警，通过这种算法处理，可以非常有效地解决局部人群聚集报警的功能。
Ø人数统计
对通过某一预设边界的双向人数进行精确统计，以便随时掌握出入人数。
可用于商店、连锁店、电影院、营业厅等公共场所的人流统计，进而实现商业数据的获取，也可使用于矿山、重要安全区域的出入口人数控制以加强安全生产管理。
Ø值班在岗检测
规定被监测人员或物体只能在某一规定区域范围内活动，当走出该区域范围时自动报警。
可用于部队哨位离岗检测、执勤人员在岗检测、服务人员工作在位检测等。
1.2.1.2.技术特点
自主知识产权：
自主知识产权，产品灵活，适应性高，可针对具体应用环境进行针对性优化，以进一步提高准确率。
功能组合灵活多样：
入侵、遗留、移走、逆行等多种规则功能组合灵活多样，针对不同需求量身定造。
准确率高，误报率低：
采用先进的背景模板与前景检测多重检测方法，互相补充，极大提高对光照、视频清晰度等的适应性，报警准确率高，误报率低，性能优异。
1.2.1.3.产品形式
ØPC版
基于工控机+视频采集卡的形式，同时处理和分析多路视频，功能设计灵活多样，应用程序功能和界面定制开发，并针对不同具体需求和使用环境进行针对性的性能优化。
Ø嵌入式版
基于DSP嵌入式硬件平台的智能视频分析产品，具有模拟输出、网口通讯、IO输入输出等多种接口，在DSP平台上进行视频分析运算，极大提高了产品的稳定性和可靠性，并大大降低功耗，提高工作环境适应能力。
Ø定制开发
具有自主知识产权的智能视频分析技术，可根据特殊用户需求定制开发或委托开发具有特殊功能的视频分析产品。
1.2.1.4.应用方式
Ø与原有监控系统相结合
至元智能视频分析技术产品通过对标准模拟视频或网络数字化视频进行分析检测，输出报警信息数据，可作为独立设备追加到原有监控系统中，仅需添加视频分接器将前端模拟视频分接输入到视频分析设备中（数字化视频可通过网络读取，无需另加视频分接器），并在后端平台软件中添加报警管理软件模块即可，也可单独设立专门的视频分析自动报警管理服务器，从网络中接收视频分析产品报警数字并进行对应管理。
Ø独立视频检测系统
组建全新的基于视频分析技术的智能化监控联动报警系统，综合有效地集中接收并管理前端各点视频分析设备，实现智能化报警联动。
Ø智能化监控产品模块
利用分析模块，与合作厂家的自主知识产权监控产品（如DVS、DVR、摄像头、平台软件等）有机结合或移植，共同推出具有视频分析功能的智能化监控产品，提高该产品智能化自动化水平。
1.2.2.至元视频质量诊断技术介绍
1.2.2.1.技术功能
视频图像质量诊断系统是一种智能化视频故障分析与预警系统。
系统能对如下常见的摄像头故障做出准确判断并发出报警信息：
Ø信号丢失：
自动检测因摄像机工作异常、损坏、人为恶意破坏或者视频传输环节故障而引起的间发性或持续性的视频缺失现象。
Ø噪声异常：
自动检测视频图像中混有杂乱的横道、波纹、杂乱的飞点、线状干扰、雪花等噪声现象。
Ø清晰度异常：
自动检测视频中由于聚焦不当、镜头损坏或异物遮挡引起的图像模糊。
Ø亮度异常；
自动检测视频中由于摄像头故障、照明条件异常或者人为恶意遮挡等原因引起的画面过暗、过亮。
Ø偏色异常：
自动检测由于线路接触不良、外部干扰或摄像头故障等原因造成的视频中画面偏色现象，主要包括全屏单一偏色和多种颜色混杂的带状偏色。
Ø画面冻结：
自动检测有无视频信号以及由于视频传输系统造成的视频画面冻结，避免遗漏真实视频图像。
Ø画面抖动：
自动检测视频中由于干扰造成的图像上下抖动；
Ø滚屏：
自动检由于外部干扰或摄像头故障等原因引起的视频中画面滚动现象。
Ø条纹干扰：
自动检测视频中的条状、带状条纹干扰。
1.2.2.2.技术特点
●实时性：
可对视频进行逐帧实时检测，延迟<100毫秒
●资源耗费低：
运算量小，资源占用少，标准C实现，可运行于任意平台和操作系统下
●多种检测同时进行：
各类异常检测同时完成
●自定义报警级别：
输出各类特征值，可自行定义报警门限值，满足各类不同标准视频质量检测的需要
1.2.2.3.应用方式
●作为视频诊断模块内嵌于各类监控或视频传输管理软件中，对所有视频进行轮询检测，即时报警
●可采用分布式计算结构，移植在各类嵌入式运算平台中，实现视频采集前端设备的视频源信号自检及设备工作状态报警
●作为专用的视频查询和诊断软件，对存贮的视频进行集中式统一检测，以便查找质量不合格的视频并加以处理，提高数据存贮的有效性
1.2.3.视频质量增强技术
基于对视频质量的检测，推出了专用的视频质量增强技术，能有效改善视频质量，去除噪声、偏色等各种干扰因素，使视频呈现出更好的视觉效果。
视频质量增强技术采用专用算法，运算速度快，有效率高，适用于各类监控系统中或嵌入式视频处理设备中，用于改善视频质量。
1.2.4.视频表盘识别技术
采用先进的视频图像处理技术对各类表盘进行识别，通过对表盘指针的定位及刻度文字的提取，自动识别表盘刻度读数，能有效适应表盘污损、积水、模糊、掉色、偏斜等因素，并可自动适应各类表盘刻度，读数准确，普适性高，可嵌入到各类仪器仪表无人自动监测及读数系统中，也可与其他硬件平台结合构成智能化视频图像读表产品。
2.至元智能监控安防系统解决方案
2.1.公安系统需求的实现
随着社会经济的进一步发展，城市人口的不断增多，人员流动性增大，公安系统越来越面临任务艰巨，效率不高，警力不足的巨大压力，相关部门迫切需要配备大量的新技术、新产品来提高工作效率，以便在更短的时间内处理更多的事务，如实现执法流程自动化等，另一方面，如果能对一些不安定因素或违法犯罪行为及时发现并消除在萌芽状态，不但可以大量节约警力，而且可以在这些事故（或犯罪行为）发生初期便及时反应和处理，避免造成更大的社会人财物等方面的损失，这比提高工作效率，缩减办公流程具有更为巨大的意义。
智能视频分析技术对于公安系统的日常工作来说具有十分广阔的应用前景，能够满足多种应用需求，以实现智能化监控。
2.1.1.禁区入侵检测
Ø概述
在公安管理部门的日常工作中，往往存在一些特殊区域在某些时段不允许人员进入或靠近，否则应该提醒监控人员重点加以关注，如：
●重要领导人或外事人员的住所
●重点区域，如保密室、武器保管室，重点单位（如银行）的关键区域（如金库）等
●警戒区域，如看守所、监狱的围墙，当这些围墙的指定距离内有运动个体出现，则须注意是否为管教人员，如为被监管人员则须马上采取措施，避免发生严重后果
所有以上所列的情况，包括并未被举例的大量情况，都要求在某一时段内（或随时不间断）对某一特定区域进行重点关注，此时如果采用人工监测的方式，不但需要专人值守，而且由于人的生理特点，也不可能长时间全精力地监测同一视频画面，很容易漏掉一些可疑的线索。
采用智能视频行为分析技术则可代替人工对这些区域进行长时间不间断地持续监测，一旦发现有运动个体出现时即自动产生报警，提醒监控人员进行人工确认。
Ø实现
禁区入侵检测可以使用至元智能视频分析技术中的入侵检测功能来实现，可以视具体场景采用“移动物体检测”模式或“突然入侵检测”模式来实现。
2.1.2.人群密集检测
Ø概述
根据公安管理部门的管理经验，当人群聚集较为严重时，往往需要公安管理部门进行关注，因为人群过于聚集往往意味着多种可能性的发生，如
●出现特殊异常情况造成的围观聚集，这种围观聚集往往代表有事故、意外等的发生，需要公安管理部门进行处理
●有意人为聚集，如人群集会、打群架等，需要公安管理部门密切注意或及时处理
●可能导致意外的危险聚集（如特殊活动、上下班高峰等），这些聚集可能导致拥堵、踩踏、挤压、窒息等意外发生，造成人员死伤）
等等。
因此，如果能实现对于人群密度的检测，并在超过设定的人群密度时自动实现报警，将能够及时提醒公安管理部门发生人群聚集的现象，及时进行反应和处理，避免严重后果的产生。
Ø实现
人群密度检测是智能视频行为分析产品本身带有的一项行为检测功能类型，能实时检测在一定范围内的人群密度估计，并在该估计值超过预设值时自动产生报警。
2.1.3.突然加速行为检测
Ø概述
根据公安管理部门的管理经验，当在一个大的范围内突然出现有非常明显的快速运动的现象时，往往需要进行重点关注，因为突然加速往往意味着以下一些可能性的发生，如
●出现盗抢现象，当出现盗抢现象时，如果被事主或其他群众发现，往往犯案之人会突然加速以图逃脱
●出现打架现象，也会出现突然加速情况
●出现危险打闹现象，如小孩之间的互相打闹，虽然并不是因为有异常事件发生，但却容易造成摔倒、车祸等严重后果，需要及时提醒或制止
等等。
因此，如果能实现对于突然加速这种异常行为的自动检测，则能够及时提醒公安管理部门及时进行反应和处理，避免严重后果的产生。
Ø实现
突然加速检测是智能视频行为分析产品本身带有的一项行为检测功能类型，能实时检测突然出现的明显加速运动行为，并在发现该异常行为后自动产生报警。
说明：
需要着重说明的是，当视野范围内活动目标较多时，会产生比较严重的重叠或遮挡的现象，此时要跟踪每一个运动个体的运动状态并判断是否有突然加速行为是非常困难的课题，因此通常采用的方法是取视野范围内所有活动个体的运动速度平均估计，并在发现有明显超出这一平均值的运动现象时产生报警，这种监测存在一定的误差，如跟踪失误造成的虚假加速，或在人群活动的区域内突然出现运动的车辆等，因此，这种报警在很大程度上都仅仅是起到一种提醒的作用，提醒监控人员来重点进行二次确认，以便排除虚警误警，及时发现真正的危险加速行为。
根据实际工程经验以及与机场相关管理人员或技术人员的充分沟通，对于机场监控来说，有一部分特殊的异常行为是十分值得留意的，根据经验，当出现以下一些异常行为时，往往意味着可能存在极为危险的安全隐患，导致十分严重的安全事故，需要及时发现、处理、制止或处罚，以防止生命财产的损失，对于这些异常行为如果能实现自动监测和报警，会对于机场安全管理部门的管理工作有很大的帮助，消除隐患，保证财产或人员安全，具有十分重要的意义。
以下针对这些重点考虑的异常行为分别进行说明如何实现或使用。
2.2.机场应用需求的实现
随着经济的发展，各地或各国之间的交流进一步加强，机场作为重要的交通枢纽，客流量不断增加，其安全保障方面已越来越成为人们关注的重点。
不同的机场所遇到的安全问题都会略有不同，其安全防范措施工作的着眼点和重点也不同，但通常分析起来，其安全监控工作大多具有以下一些特点：
1、机场有很大的面积区域和广泛的周界，开阔的地域，分散的建筑，复杂的场内交通，大量的门禁和围栏，使得机场监控的摄像头数量庞多。
一般现代化的大型国际机场拥有多个候机大楼、多条主跑道和停机位及其它相应的配套设施，监控环境复杂。
2、机场人和车流量大，客货流动量大，飞机起降量也大，作为重要的交通枢纽，机场要求高级别的安全保护，空防安全和地面安全，内部安全和周界安全等一体化安全都对全实时、零延时的视频和控制提出了更加严格的要求。
3、机场的安全防范系统是一个综合性的多功能的监控系统，需要组成一个的完整统一的管理和调度系统，由具有最高权限级别的监视指挥中心对各个子系统进行管理。
而从机场安全防范的目标来说，通常包括机场周界安全、客流人员安全、货物安全检查三个主要的方面。
使用智能视频分析技术，可以实现对异常事件行为的自动检测和报警，可以在一些偶然的异常事件（如车辆进入飞机滑行区等危险区域、有行李包裹遗漏、外部人员从出口进入机场区域等）发生时自动产生报警信号，提醒监控人员注意，使管理部门能及时反应，及时组织力量去处理这些偶然事件，从而避免安全事故的
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