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浅析国外智能视频监控技术的发展及应用
2014/1/27 15:49:00      来源:《中国安防》    作者:蒋馨
近年来,世界各国对视频监控的需求与应用不断扩大,全球视频监控市场获得了迅速的发展。据市场调查公司IMS Research预测,全球主要国家和地区的安防视频监控设备的销售收入在未来3~5年将继续保持增长。北美和欧洲地区仍有望保持9%~10%的年均复合增长率,全球市场销售额在 2009 年至 2013年间将保持 11.86%的年均复合增长率,亚太地区将保持15%左右的增长率。另据Markets and Markets预测,全球视频监控市场将从2008年的115亿美元增加至2015年的377亿美元,年复合增长率达到20.4%。在这一市场中,监控摄像头、存储设备、服务器、编码器与软件是视频监控系统的主角。2008年,监控摄像头占视频监控市场的47%,预测其在2011年至2015年的年复合增长率将达到21.1%。面对如此巨大的市场空间,全球主要的一些电子、 IT 跨国公司均涉足电子安防产品的生产和销售,如美国的 GE、Honeywell、IBM、思科,德国的西门子、博世,日本的 SONY、松下、日立、东芝,韩国的三星、LG 旗下均有自己的安防部门。

 

近年来,世界各国对视频监控的需求与应用不断扩大,全球视频监控市场获得了迅速的发展。据市场调查公司IMS Research预测,全球主要国家和地区的安防视频监控设备的销售收入在未来3~5年将继续保持增长。北美和欧洲地区仍有望保持9%~10%的年均复合增长率,全球市场销售额在 2009 年至 2013年间将保持 11.86%的年均复合增长率,亚太地区将保持15%左右的增长率。另据Markets and Markets预测,全球视频监控市场将从2008年的115亿美元增加至2015年的377亿美元,年复合增长率达到20.4%。在这一市场中,监控摄像头、存储设备、服务器、编码器与软件是视频监控系统的主角。2008年,监控摄像头占视频监控市场的47%,预测其在2011年至2015年的年复合增长率将达到21.1%。面对如此巨大的市场空间,全球主要的一些电子、 IT 跨国公司均涉足电子安防产品的生产和销售,如美国的 GE、Honeywell、IBM、思科,德国的西门子、博世,日本的 SONY、松下、日立、东芝,韩国的三星、LG 旗下均有自己的安防部门。

从这几年的发展来看,视频监控市场出现了一些明显的变化趋势,如视频监控从模拟市场阶段到数字市场的历史性转折;标准更加开放;高清视频在安防领域产生巨大的影响;智能化、集成化日益突出并不断深入发展等,这些变化助推了视频监控市场向更加成熟的阶段迈进。本文就国外智能视频监控技术的发展与应用做些具体的介绍。

 

一、智能视频监控技术在国外的发展情况

2001年美国“9·11”事件,以及后来的西班牙马德里列车连环爆炸和英国伦敦地铁大爆炸等恐怖袭击后,使全世界范围内对视频监控系统的需求空前高涨,各国部署的摄像头越来越密集,系统也日益庞大。比如英国全国范围内目前已经安装摄像机420多万个,平均每14个人一个,一个人一天之中可能出现在多达300个摄像机前,为了解决海量信息与图像的有效应用与处理问题,各国相继把计算机视觉中的相关技术引入到视频监控中,从而发展起来一种新型视频监控技术——智能视频监控。

智能视频应用概念模型出现后不久,一些国外的公司就开始着手研发相关的软硬件产品,经过几年的发展,智能视频分析技术在欧美国家得到了长足的发展,迅速形成了相对成熟的产品并成功应用于实际安防工程中。如瑞典Axis网络通讯有限公司早期推出了一批智能视频产品,其中包括AXIS 242S IV 视频服务器和AXIS IVM 120人数统计智能视频应用模块。AXIS 242S IV集成了专用DSP芯片(TI DM 642),具备强大的图像处理能力,并可支持第三方应用软件模块的运行和开发。AXIS IVM 120人数统计智能视频应用模块可以使视频监控设备通过对监控画面的分析自动为用户计算进/出特定区域的人数,能够有效帮助服务、零售等行业的管理者分析营业情况或提高服务质量。Axis还计划推出更多智能视频应用模块,包括车牌号识别、非法滞留等等。

此外,美国VERINT公司是较早进入智能视频分析领域的国际厂商之一,同时也是较早倡导并实施“前端内置分折”架构理念的厂商之一。该公司为用户提供“一站式”的智能视频分析解决方案—Nextiva,其中包括网络视频编码器、网络摄像机、无线视频编码器等硬件产品,用来满足不同行业不同部署环境的用户在智能分析方面的要求。

从目前的发展情况来看,当前大部分智能视频监控系统的核心算法技术仍然掌握在美国以及欧洲地区等国家手里。据IMS Research调查显示,世界范围内IVS(Intelligent Video Surveillance)的市场占有率为35%~36%,其中美国的OV(ObjectVideo)就占有9%左右的比例。“9·11”事件发生后,美国在安防科研方面大大加强了投资力度,许多研究机构和研究人员纷纷加入了安防类技术研究和开发,智能视频分析就是其中的一个亮点。

由于视频分析需求的产生促使视频监控系统智能化出现,进而推动软件市场年复合增长率达到21.7%。根据IMS的市场研究分析,在未来3年内有关视频技术的软件市场份额将达到8亿美元。在视频智能分析软件的市场需求急剧增长的刺激下,国外提供视频智能分析软件产品的厂商有很多,如:Verint、Vidient、Westec、Interactive、Visual Defence、Nextiva、Vistascape、NiceVision、ioimage、TASC、MATE、Ov、Dallmeier、Ivbox、Viseowave等,这些厂商都能提供视频智能分析产品,大部分厂商提供的视频智能分析产品都基于ObjectVideo公司的图像分析技术,采用Object Video OnBoard平台来设计并创建自己品牌的OEM产品,这是大部分视频智能分析产品商以最小的投资成本及最快的时间来赢得市场的一个办法。
    总的来看,经过长期的发展和积累,在市场需求的推动以及政府的支持下,国外的智能视频应用市场正在从“概念验证”阶段向“规模应用”阶段转化,智能视频已经在地铁、铁路、机场、高速公路、军事等领域得到较广泛的应用,并慢慢开始形成一个产业。

二、智能视频监控技术的具体应用

1.应用类别

视频分析技术其理念是将风险的分析和识别转交给计算机或者芯片,使值班人员从“死盯”监视器的工作中解脱出来,当计算机发现问题时产生报警,此时值班人员进行响应。从目前来看,智能视频监控技术的应用可分为安防类应用和非安防类应用两大类,安防类应用是目前市场上的主要应用,具体包括:

(1)高级视频移动侦测:在复杂的天气环境中(例如雨雪、大雾、大风等)精确地侦测和识别单个物体或多个物体的运动情况,包括运动方向、运动特征等。

(2)物体追踪:侦测到移动物体之后,根据物体的运动情况自动发送PTZ控制指令,使摄像机能自动跟踪物体,在物体超出该摄像机监控范围之后,自动通知物体所在区域的摄像机继续进行追踪。

(3)人物面部识别:自动识别人物的脸部特征,并经与数据库档案的比较来识别或验证人物身份。

(4)车辆识别:识别车辆的形状、颜色、车牌号码等特征,并反馈给监控者,可用在被盗车辆追踪等场景中。

(5)遗留、遗弃物品检测:当一个物体(如箱子、包裹、车辆、人物等)在敏感区域停留的时间过长或超过了预定义的时间长度就产生报警,典型应用场景包括机场、火车站、地铁站等。

(6)入侵探测:可感知设定区域内突然出现和入侵的物体并及时报警,比如在戒备森严的军事重地或银行博物馆等重要场所出现可疑人物等。

(7)物品被盗或移动检测:当监控场景中的物体被盗或移动,算法将自动检测这种动作,常用于贵重物品和关键设备的监控。

(8)人体行为分析:在目标检测分类的基础上,利用人体的各种行为特征对其进行各种行为的描述和分析,提取那些危险和有潜在危险的行为,如打斗、抢夺和突然倒地等行为。

(9)拥挤检测:识别人群的整体运动特征,包括速度、方向等,以避免形成拥塞或及时发现异常情况,典型的应用场景包括超级市场、火车站等人员聚集的地方。

(10)焰火检测:根据发生火情过程中烟火表现出的特征进行烟火的实时检测。

除了安全相关应用之外,智能视频还可以应用于一些非安全业务中,这些应用主要面向零售、服务等行业,以提高服务水平和营业额,具体包括人数统计、人群控制、注意力控制和交通流量控制等。

2.应用模式

从国外的应用情况来看,智能视频监控技术具有两种应用模式:

一是与传统的模拟视频监控系统结合使用,主要用于对已存在的模拟视频监控系统进行智能化改造,以突破传统视频监控发展中遇到的瓶颈问题。具体的应用主要是选择重点、高危监控目标和场所,针对该部分图像进行分析,同时将预警、警情实时发给模拟矩阵和DVR,完成快速切换和录像。

二是基于网络的全数字化智能视频监控系统,该模式主要用于新建的数字化监控系统中。具体应用也是选择重点、高危监控目标和场所,前端选择智能视频服务器(IVS BOX)实现主动监控,将预警、警情实时发给后端智能管理平台,完成快速切换和录像。

3.实现方式

智能视频监控系统一般采用模块化的设计方式,智能视频分析模块实现对运动目标的自动检测、识别、跟踪和报警,是实现智能视频监控的核心。

该模块可以部署在监控系统的前端采集部分,也可以置于监控中心。其产品形态可以是嵌入式DSP板卡的方式(板卡可以集成在视频服务器、数字录像机、摄像机等设备中),也可以是纯软件的方式。智能视频分析模块接收上位机发送的告警规则设置,对固定摄像头摄取的图像内容进行高速分析与数据处理,实现目标检测和识别,同时对比预先设置的报警规则或用户设定的条件给出预警、报警或处理结果,在发现威胁目标并进行报警的同时,对目标进行自动跟踪。

在有效采集信息的基础上,智能视频监控系统比普通的网络视频监控系统具备更强大的图像处理能力和智能因素,其能感知和理解的信息包括人脸(用户身份)、人和物的行为、人员流动、人和物的消失出现、人群聚集状态、人体疲劳状态、烟雾产生和蔓延等,所有需要用到这些信息的应用领域,都有可能成为智能视频分析的用武之地。

4.具体应用案例

(1)英国朴次茅斯“Perceptrak”的智能监控网络

英国朴次茅斯建设了一套被称作“Perceptrak”的智能监控网络系统,这个智能监控系统由智能闭路监控公司开发,系统可以发现异常人员和情况,如当发现可疑人员四处徘徊或车速过快等危险时,系统会提醒操作人员注意,并对当前情况作出判断,如果认为可疑人员在实施犯罪或将要实施犯罪,系统会通知相关人员采取适当措施。

朴次茅斯的闭路监控室有142个摄像头,对全市实施每天24小时的实时监控。目前Perceptrak系统在纽约、华盛顿、芝加哥等美国城市使用时均取得了良好的效果。

(2)美国旧金山机场智能视频监控

2005年初,旧金山国际机场发生了一起安全事件,一位旅客没有通过安检就闯进了候机大厅,机场不得不关闭整个候机大楼。当时虽然有视频录像,但因为没有任何智能索引,机场安全人员花了半个多小时才从录像中找到那位旅客并抓到他。但仅就这一次事件,机场的损失就超过了一百万美元。

为了进一步加强智能安全监控,美国旧金山国际机场最终采用了NEC公司的Smart Catch智能视频监控系统解决方案。至今,一期工程18个摄像头安装、调试和验收已经完全结束,二期工程要安装到500个摄像头以上。机场使用了Smart Catch之后发现,每天有上百件对安全有威胁的事件以前都没有被发现,如今使用了这套系统,先前的现象得到了较好的改善。

除了以上提及的案例外,目前智能视频分析技术产品被广泛地应用于各个国家的各个领域,举例来说,美国佛罗里达州的 Jacksonville港就使用了智能视频分析系统监控Blount等岛屿的周边码头;迈阿密国际机场通过智能监控提升监控系统性能;美国海关及边防局使用IVS布防北方及南方边境;美国国土安全局安装IVS在加州的美加边境以及在亚利桑那州的墨西哥边境以监控非法闯入;美国海军陆战队第二远征军在伊拉克的Fallujah采用IVS布防等等。这些事例都说明,视频智能分析技术和产品在高端安防监控市场已经得到了最广泛的应用,该市场正在以加速度的形式变化着,今后随着制造商们纷纷进入这一主流市场,他们提供给市场的将是简化后能够适应于中小项目需求的方案。

结语

总体来看,国际市场上的智能视频监控系统已经占据了领先的优势,这取决于他们长期的发展和积累,以及来自政府或军队的强有力的支持。国内的厂商由于起步较晚以及研发力度的相对欠缺,加之国内复杂的环境,目前这一领域仍处在起步阶段,但是其发展空间不容忽视,市场的需求决定了智能化监控系统今后将处于主流地位。

编辑:李红莲
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