軌道交通智能視頻監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)

胡祥明

摘要：在軌道交通監(jiān)控系統(tǒng)中，智能視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，也非常普遍，通過運(yùn)用視頻監(jiān)控技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在軌道周界、建筑、設(shè)備周圍或內(nèi)部中異常行為的智能識(shí)別。本文將著重闡述軌道交通智能視頻監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：軌道交通；智能視頻監(jiān)控；運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)；目標(biāo)跟蹤算法

軌道交通監(jiān)控技術(shù)經(jīng)歷了由傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)到智能視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，隨著軌道交通的發(fā)展與革新，傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)的弊端也在實(shí)際運(yùn)用中不斷顯現(xiàn)出來，如果在軌道交通監(jiān)控中，仍然采用傳統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)，不僅難以有效地保障軌道交通的運(yùn)營(yíng)安全，還容易留下諸多后遺癥，不利于軌道交通的發(fā)展。而通過運(yùn)用智能視頻監(jiān)控技術(shù)，可以有效地規(guī)避傳統(tǒng)視頻監(jiān)控技術(shù)的弊端，更好地保障軌道交通的安全。所謂智能視頻技術(shù)，一般是指自動(dòng)的分析和抽取視頻源中的關(guān)鍵信息，運(yùn)用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理功能，高速的分析視頻畫面里大量的數(shù)據(jù)，將那些對(duì)用戶沒用的信息過濾掉，只留下一些關(guān)鍵的信息。

一、軌道交通傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)的弊端

隨著軌道交通的發(fā)展，傳統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用過程中凸顯出了很多弊端。與智能視頻監(jiān)控技術(shù)相比，傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)雖然也強(qiáng)調(diào)通過視頻來進(jìn)行監(jiān)控，但缺乏智能分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，屬于一種被動(dòng)的監(jiān)控，就如同辦公大廳中的攝像頭一樣。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控技術(shù)，一般主要可以實(shí)現(xiàn)兩方面的功用，一是如同攝像頭一樣，屬于滯后性的監(jiān)控，主要為事后提供某些參考或者依靠的錄像資料和證據(jù)，以對(duì)軌道交通運(yùn)營(yíng)做出判斷，這種功能主要通過查看錄像資料的方式來實(shí)現(xiàn)，具備一定的滯后性。二是對(duì)軌道交通的重要節(jié)點(diǎn)或者重要部位進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，這種遠(yuǎn)程監(jiān)控具備實(shí)時(shí)的功用，但監(jiān)控過程需要人為操作，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)或信息也需要人為進(jìn)行匯總分析，傳統(tǒng)視頻監(jiān)控技術(shù)只提供一種遠(yuǎn)程監(jiān)控的服務(wù)，不作信息分析與篩選。

在傳統(tǒng)視頻監(jiān)控技術(shù)中，人是核心作用，無論是實(shí)時(shí)監(jiān)控還是查看錄像，都需要人為操作，一旦發(fā)現(xiàn)軌道交通某個(gè)環(huán)節(jié)有異常行為，還需要通過人為報(bào)警地方式進(jìn)行匯報(bào)。因此在傳統(tǒng)視頻監(jiān)控技術(shù)下，因人為因素所造成的誤報(bào)、遲報(bào)等非常多，這主要是因?yàn)橐曨l監(jiān)控路段多、時(shí)間長(zhǎng)，工作人員難以在眾多的視頻中發(fā)現(xiàn)異常情況，而且人為報(bào)警的方式，精確度差，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。

二、軌道交通智能視頻監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)

隨著軌道交通的發(fā)展，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)難以適應(yīng)軌道交通的發(fā)展，傳統(tǒng)視頻監(jiān)控技術(shù)所顯現(xiàn)出來的弊端也無法適應(yīng)軌道交通的發(fā)展，因此智能視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。軌道交通智能視頻監(jiān)控技術(shù)不僅可以提供實(shí)時(shí)地遠(yuǎn)程監(jiān)控，還能對(duì)監(jiān)控信息進(jìn)行有效地分析與匯總，對(duì)監(jiān)控信息加以研判，幫助工作人員做出更好地處理結(jié)果，尤其是智能視頻監(jiān)控技術(shù)中關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，極大地豐富了軌道交通的監(jiān)控手段。

1.運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法

1.1幀差法

在軌道交通智能視頻監(jiān)控中，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法是一項(xiàng)常用的關(guān)鍵技術(shù)，通過幀差法可以有效地幫助工作人員判斷運(yùn)動(dòng)物體。幀差法的工作原理是圖像序列相鄰的兩幀或者三幀采用基于像素的時(shí)間差分來提取圖像中的運(yùn)動(dòng)區(qū)域。首先將相鄰幀圖像對(duì)應(yīng)的像素值相減，然后對(duì)差分圖像二值化。在周圍亮度存在較小的變化的前提下，一旦視頻中出現(xiàn)的對(duì)應(yīng)像素值明顯小于確定值，就可以很容易地判定此處為背景像素。相反如果這個(gè)數(shù)值變動(dòng)范圍比較大，就可以判定引起數(shù)值變化的主要因素在于運(yùn)動(dòng)物體引起的，并將這些區(qū)域標(biāo)記為前景像素，通過標(biāo)記的方法，很容易判斷運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在圖像中的區(qū)域位置。

1.2光流法

通過光流法，可以有效地判定或推算光流場(chǎng)，不過光流場(chǎng)的計(jì)算因受外部環(huán)境的影響比較大，所以一般難以在第一時(shí)間做出計(jì)算，即便計(jì)算出光流場(chǎng)的結(jié)果，其數(shù)值的誤差也比較大。光流場(chǎng)的工作原理是根據(jù)視頻圖像中，不同圖像的排列次序來推算其結(jié)果，通過分析運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的變化來對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和場(chǎng)景進(jìn)行檢測(cè)與分割。

1.3減背景法

在軌道交通智能視頻監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)中，減背景法在運(yùn)動(dòng)檢測(cè)過程中，占據(jù)著非常大的比重，也是應(yīng)用比較廣泛的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)法。減背景法的工作原理是通過圖像的模型背景數(shù)值與當(dāng)前圖像的幀值之間的差別，來判定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置及區(qū)域。減背景法的判定結(jié)果比較精準(zhǔn)，但如果采用這種方法來判定運(yùn)動(dòng)區(qū)域，必要的前提是圖像必須具備背景圖像。

2.目標(biāo)跟蹤算法

在軌道交通智能視頻監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)中，目標(biāo)跟蹤算法也是一種比較核心，比較常用的關(guān)鍵技術(shù)。通過區(qū)域跟蹤、特征跟蹤、變形模板跟蹤等可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤算法的基本目標(biāo)。

2.1基于區(qū)域跟蹤

所謂基于區(qū)域跟蹤，是將所有的視頻監(jiān)控圖像，通過某種方式進(jìn)行分割來劃分為不同的區(qū)域，根據(jù)不同區(qū)域的重要性與否確定跟蹤區(qū)域，一般主要是通過人為確定區(qū)域或者智能確定區(qū)域等兩種方式來實(shí)現(xiàn)區(qū)域的跟蹤。在區(qū)域跟蹤中，通過運(yùn)動(dòng)算法來確定區(qū)域的外部特征是否與圖像的初始特征想匹配，匹配度大的，就可以判斷為目標(biāo)區(qū)域。常用的區(qū)域跟蹤算法比較多，一般最常見的就是顏色法和形狀法等兩種區(qū)域跟蹤法。雖然區(qū)域跟蹤具備一定的精確性，但區(qū)域跟蹤的條件比較復(fù)雜，需要跟蹤區(qū)域沒有明顯的遮擋痕跡，同時(shí)采用區(qū)域跟蹤會(huì)直接帶來計(jì)算數(shù)據(jù)的龐大，從而產(chǎn)生誤差。

2.2基于特征的跟蹤

與基于區(qū)域的跟蹤的全局性跟蹤相比，基于特征的跟蹤只注重跟蹤區(qū)域的某個(gè)特征，通過特征的相似度或者匹配程度來實(shí)現(xiàn)區(qū)域的判定。不過基于特征跟蹤具備基于區(qū)域跟蹤無法比擬的優(yōu)勢(shì)，那就是即便跟蹤區(qū)域被遮擋，但只要該區(qū)域的某個(gè)特征在視頻監(jiān)控可以有效地判定，那么就可以根據(jù)該特征進(jìn)行區(qū)域的判定。

2.3基于變形模板的跟蹤

變形模板是紋理或邊緣可以按一定限制條件變形的面板或曲線。在軌道交通智能視頻監(jiān)控的眾多目標(biāo)中，因這些目標(biāo)基本都具有非剛性的特點(diǎn)，因此無論是采用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤還是基于區(qū)域跟蹤都難以有效進(jìn)行目標(biāo)判定，而變形模板具備一定的柔性，可通過方向及方向的變形與目標(biāo)相適應(yīng)，正因?yàn)榛谧冃文０宓母櫨哂腥绱藘?yōu)勢(shì)，所以這種方法被廣泛地應(yīng)用在軌道交通的智能視頻監(jiān)控中。

三、總結(jié)

在軌道交通的監(jiān)控中，智能視頻監(jiān)控具有傳統(tǒng)視頻監(jiān)控?zé)o法比擬的優(yōu)勢(shì)，除了減少人為的誤差和滯后性的監(jiān)控等弊端外，通過智能視頻監(jiān)控中的關(guān)鍵技術(shù)可以提升智能視頻監(jiān)控的成效性。

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