國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心 蔣一明，劉 江，崔 皓

智能安防專利狀況分析

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心 蔣一明，劉 江，崔 皓

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展與物聯(lián)網(wǎng)的普及，涉及智能安防的專利申請(qǐng)量開(kāi)始迅速增長(zhǎng)?；谥悄馨卜李I(lǐng)域的專利文獻(xiàn)，在對(duì)該領(lǐng)域?qū)＠傮w變化情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)智能化安防技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了相關(guān)探討。

智能 安防 視頻 監(jiān)控 計(jì)算機(jī)視覺(jué)

【本文獻(xiàn)信息】蔣一明，劉江，崔皓.智能安防專利狀況分析[J].電視技術(shù)，2014，38（2）.

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步和21世紀(jì)信息技術(shù)的騰飛，智能安防技術(shù)的發(fā)展開(kāi)始邁入全新階段。智能化安防技術(shù)與計(jì)算機(jī)之間的界限正在逐步消失，沒(méi)有安防技術(shù)社會(huì)就會(huì)顯得不安寧，世界科學(xué)技術(shù)的前進(jìn)和發(fā)展就會(huì)受到影響[1]。本文在對(duì)智能安防專利狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)智能安防領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)主題的專利分析，介紹智能化安防技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

概述

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，安防從過(guò)去簡(jiǎn)單的安全防護(hù)系統(tǒng)向綜合化體系演變。安防項(xiàng)目涵蓋眾多的領(lǐng)域，主要包括街道社區(qū)、樓宇建筑、銀行郵局、道路監(jiān)控、機(jī)動(dòng)車輛、警務(wù)人員、移動(dòng)物體、船只等。特別是針對(duì)重要場(chǎng)所，如機(jī)場(chǎng)、碼頭、水電氣廠、橋梁大壩、河道、地鐵等。從系統(tǒng)功能上來(lái)看，智能安防系統(tǒng)主要由入侵報(bào)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)構(gòu)成[2]。各子系統(tǒng)基本配置均包括：前端數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)壓縮與傳輸部分以及終端數(shù)據(jù)顯示部分。以視頻監(jiān)控系統(tǒng)為例，需要前端攝像頭采集視野范圍內(nèi)的視頻圖像，經(jīng)過(guò)圖像的編碼壓縮實(shí)時(shí)傳輸至顯示終端；顯示終端解碼相應(yīng)的視頻圖像并轉(zhuǎn)換成適于顯示器顯示的格式，在顯示器上顯示。

專利狀況總體分析

1 智能安防專利申請(qǐng)?jiān)谌蚣爸袊?guó)的分布情況

筆者于2013年9月15日以關(guān)鍵詞“智能”、“智慧”、“安防”、“安全”、“防護(hù)”、“視頻”、“圖像”、“監(jiān)控”、“監(jiān)視”等，在世界專利文摘庫(kù)（SIPOABS）中進(jìn)行檢索，統(tǒng)計(jì)出智能安防在全球及中國(guó)專利申請(qǐng)量隨年代的變化情況結(jié)果如圖1所示，其中，2012年及之后的專利申請(qǐng)由于公開(kāi)時(shí)間的原因，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不夠完整。

在全球范圍內(nèi)，得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，智能安防技術(shù)在上世紀(jì)90年代初進(jìn)入了第一個(gè)發(fā)展期，每年的專利申請(qǐng)量達(dá)到了100項(xiàng)以上，最高點(diǎn)的1995年達(dá)到400項(xiàng)。2000年以后，隨著數(shù)字化革命及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能安防領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量也開(kāi)始高速增長(zhǎng)。進(jìn)入2007年以后，智能安防領(lǐng)域的申請(qǐng)量開(kāi)始進(jìn)入高位穩(wěn)定期。除了2007年年專利申請(qǐng)量為800項(xiàng)之外，其他年份的年申請(qǐng)量都在900項(xiàng)上下，其中在2011年達(dá)到最高，為999項(xiàng)。

與全球?qū)＠暾?qǐng)分布不同的是，進(jìn)入21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)和通信等高科技技術(shù)的發(fā)展，中國(guó)開(kāi)始了關(guān)于智能安防技術(shù)的研究，且多停留于理論算法的探索。從2006年開(kāi)始，隨著視頻對(duì)象檢測(cè)、跟蹤、識(shí)別等理論算法的不斷成熟與完善，越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人開(kāi)始注意到，可以將日趨成熟的計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法與智能安防系統(tǒng)相結(jié)合，使智能安防系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)特定目標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)、跟蹤與行為識(shí)別。因此，智能安防在中國(guó)申請(qǐng)的專利數(shù)量增長(zhǎng)迅速，每年專利申請(qǐng)量維持在300件以上。可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論算法的成熟大大提高了智能安防的研發(fā)熱度，也為計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法在智能安防領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)了廣闊的市場(chǎng)。

2 智能安防原創(chuàng)國(guó)分析

技術(shù)原創(chuàng)國(guó)的專利量在一定程度上反映了該國(guó)的整體技術(shù)研發(fā)實(shí)力。通過(guò)對(duì)智能安防全球?qū)＠暾?qǐng)的優(yōu)先權(quán)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不難發(fā)現(xiàn)，美國(guó)、日本、中國(guó)、韓國(guó)是智能安防領(lǐng)域主要的技術(shù)原創(chuàng)國(guó)，上述4個(gè)國(guó)家的專利申請(qǐng)量占全球?qū)＠暾?qǐng)的80.5%，專利技術(shù)的集中度較高。其中，美國(guó)、日本作為技術(shù)研發(fā)雄厚的國(guó)家代表具有天然的研發(fā)優(yōu)勢(shì)，而中國(guó)和韓國(guó)這兩個(gè)新興市場(chǎng)則在國(guó)家政策、資金資助等方面給予了大力支持，從而為研發(fā)提供了后備力量。智能安防原創(chuàng)國(guó)分布如圖2所示。

圖2 智能安防原創(chuàng)國(guó)分布

3 智能安防專利在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的分布

圖3對(duì)智能安防國(guó)內(nèi)申請(qǐng)地區(qū)的分布進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。不難發(fā)現(xiàn)，智能安防領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)的活躍地區(qū)主要集中于北京、廣東、江蘇、上海、浙江等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，其中，北京最多，達(dá)到782件。這五大省市在智能安防領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量占到全國(guó)專利申請(qǐng)量的50%。這與國(guó)內(nèi)安防企業(yè)、高等院校及相關(guān)領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)多分布在上述發(fā)達(dá)地區(qū)密切相關(guān)。特別是2008年北京奧運(yùn)會(huì)、2010年上海世博會(huì)等大型賽事、展覽活動(dòng)的舉辦，吸引著越來(lái)越多的安防產(chǎn)品、以及安防解決方案提供商在上述地區(qū)進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)業(yè)的專利布局。

圖3 智能安防國(guó)內(nèi)申請(qǐng)地區(qū)分布

技術(shù)主題分析

2001年美國(guó)“9·11”事件、西班牙馬德里列車連環(huán)爆炸以及英國(guó)倫敦地鐵大爆炸等恐怖襲擊后，使全世界范圍內(nèi)對(duì)安防智能化的需求空前高漲[3]。相較于傳統(tǒng)安防，智能安防的特點(diǎn)在于可自動(dòng)對(duì)視頻中出現(xiàn)的關(guān)鍵信息或用戶感興趣的事件進(jìn)行實(shí)時(shí)提取和記錄，達(dá)到及時(shí)報(bào)警并利用存儲(chǔ)事件信息進(jìn)行有效檢索視頻數(shù)據(jù)的目的。鑒于此，筆者以智能視頻分析、海量視頻快速檢索與瀏覽這兩個(gè)技術(shù)主題為代表，通過(guò)對(duì)相關(guān)技術(shù)主題下的重要專利進(jìn)行闡釋，對(duì)智能安防專利技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

1 智能視頻分析

安防智能化集中表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法在視頻分析中的應(yīng)用。智能視頻分析的特點(diǎn)在于可自動(dòng)檢測(cè)、識(shí)別潛在入侵者、可疑目標(biāo)和突發(fā)事件，即它的智能性。簡(jiǎn)單而言，不僅是用攝像機(jī)代替人眼，而且還可用計(jì)算機(jī)代替人、協(xié)助人，來(lái)完成監(jiān)視或控制的任務(wù)，從而減輕人的負(fù)擔(dān)[4]。

在智能視頻分析領(lǐng)域，US20040240711A1公開(kāi)了一種基于3D模型的人臉識(shí)別方法，可通過(guò)獲取面部圖像，提取面部特征并與人臉模型匹配的方式，提高面部圖像匹配速度，實(shí)現(xiàn)快速、可靠的安檢。該技術(shù)可避免現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)人臉與證件上面部圖像的主觀匹配的識(shí)別問(wèn)題，不但節(jié)約了人力成本，且顯著提高了旅客通過(guò)安檢的速度；US20060053342A1則可基于行為分析引擎，獲取監(jiān)控對(duì)象的特征向量，對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行無(wú)監(jiān)督行為分析，以提高行為分析的有效性；US20070121999A1基于感興趣區(qū)域的熵，可檢測(cè)多人的異常行為，例如打架等。

其中，CN1302438為一種可跟蹤運(yùn)動(dòng)對(duì)象路徑，以發(fā)現(xiàn)其異常行為的方法和系統(tǒng)。該專利的計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)用于跟蹤搜索區(qū)域中的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，將運(yùn)動(dòng)對(duì)象路徑提供給危險(xiǎn)評(píng)估模塊，以便其評(píng)估異常行為。例如，分析對(duì)象路徑是否代表潛在危險(xiǎn)事件。

該專利的特點(diǎn)在于集成了視場(chǎng)融合算法、前景對(duì)象分割算法、對(duì)象路徑跟蹤算法（例如多假設(shè)跟蹤MHT）、以及危險(xiǎn)評(píng)估算法等經(jīng)典計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論，通過(guò)跟蹤對(duì)象路徑，把與軌跡關(guān)聯(lián)的特征與表示異常運(yùn)動(dòng)對(duì)象特征的預(yù)定義特征模型進(jìn)行比較，以確定運(yùn)動(dòng)對(duì)象的異常行為。其解決了現(xiàn)有的商業(yè)安全系統(tǒng)主要依靠人的注意力和勞動(dòng)力來(lái)估計(jì)異常情況的技術(shù)問(wèn)題。值得注意的是，該專利先后進(jìn)入美國(guó)、中國(guó)、加拿大、日本以及澳大利亞等國(guó)家，并于2007年2月獲得中國(guó)授權(quán)。

2 海量視頻快速檢索瀏覽

隨著智能安防體系的快速建設(shè)和視頻數(shù)據(jù)體量的高速增加，人們開(kāi)始關(guān)注大數(shù)據(jù)背景下視頻的搜索與瀏覽，從而快速地定位監(jiān)控對(duì)象[5]。2013年第十一屆中國(guó)安防論壇以“云計(jì)算、大數(shù)據(jù)——打造智慧型平安城市”為主題，將海量視頻檢索瀏覽視作為了智能安防領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。

在海量視頻快速檢索瀏覽領(lǐng)域，US20060239645A1于2005年3月申請(qǐng)，該專利公開(kāi)了一種基于指定事件打包視頻序列的系統(tǒng)和方法，將事件參數(shù)與包含感興趣事件的視頻剪輯相關(guān)聯(lián)，從而減少了搜索事件的時(shí)間；US20090141993A1基于傳統(tǒng)二叉樹算法在視頻流中搜索存檔物體，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)存檔物體的快速檢索。

CN101663676B則涉及一種用于在多個(gè)視頻流中索引和查找感興趣對(duì)象的方法。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，基于現(xiàn)有技術(shù)的視頻分析系統(tǒng)主要存在以下問(wèn)題：當(dāng)利用多個(gè)攝像機(jī)捕獲圖像幀時(shí)，查看圖像幀以定位感興趣對(duì)象的過(guò)程非常費(fèi)時(shí)；仍需要操作員監(jiān)視來(lái)自所有攝像機(jī)的全部圖像幀；用戶無(wú)法發(fā)現(xiàn)由不同攝像機(jī)捕獲的對(duì)象，或由相同攝像機(jī)捕獲出現(xiàn)在不同圖像幀中的對(duì)象。使用該專利技術(shù)可將視頻對(duì)象與視頻幀號(hào)相關(guān)聯(lián)，用戶可以直接查看感興趣視頻對(duì)象的視頻幀，而無(wú)需查看未出現(xiàn)感興趣視頻對(duì)象的視頻幀，方便用戶在大量的視頻流中搜索感興趣的內(nèi)容。該專利于2012年9月5日獲得中國(guó)授權(quán)，且其美國(guó)、英國(guó)同族專利申請(qǐng)均已授權(quán)（US7898576B2、GB2460559B）。由于該專利還有很長(zhǎng)的專利保護(hù)期，且其屬于“海量視頻快速檢索瀏覽”領(lǐng)域，是當(dāng)前智能安防的新興研發(fā)熱點(diǎn)，行業(yè)內(nèi)的關(guān)注度高。

結(jié)語(yǔ)

走進(jìn)21世紀(jì)，經(jīng)濟(jì)和科技迅猛發(fā)展的同時(shí)，各種安全問(wèn)題也接踵而來(lái)，智能安防技術(shù)在其中將起到越來(lái)越重要的作用。而如今,物聯(lián)網(wǎng)是世界主要國(guó)家當(dāng)前重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，也是我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的戰(zhàn)略支點(diǎn)。作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一大分支，智能安防近年來(lái)開(kāi)始高速發(fā)展。國(guó)內(nèi)安防企業(yè)應(yīng)以智能視頻分析、海量視頻檢索與瀏覽等技術(shù)作為新的突破點(diǎn)，不斷提升安防產(chǎn)品與解決方案的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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[1] 陳關(guān)升.物聯(lián)網(wǎng)為智慧城市建設(shè)插上飛翔 翅 膀 [EB/OL].[2013-03-15].http://www.cusdn.org.cn/.

[2] 百度百科.安防系統(tǒng)[EB/OL].[2013-03-15].http://baike.baidu.com/.

[3] 蔣馨.淺析國(guó)外智能視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].中國(guó)安防，2011（10）：105-108.

[4] 李立仁.智能視頻監(jiān)控技術(shù)綜述[J].中國(guó)安防，2009（10）：90-95.

[5] 趙彥鋒.安防存儲(chǔ)下的大數(shù)據(jù)技術(shù)[J].高科技與產(chǎn)業(yè)化，2013（5）：80-83.

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