現(xiàn)代安防系統(tǒng)中數(shù)字圖像處理技術(shù)的應用研究

袁亞哲

摘要：傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)入侵技術(shù)雖然在設(shè)備配置和維護要求上比較簡單，但整個安防系統(tǒng)的安全性有限。傳統(tǒng)的探測器往往是進行被動檢測，無法布防區(qū)域的狀態(tài)展開綜合分析。數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展使得整個系統(tǒng)內(nèi)部具有存儲機制，可以對每一幀圖像信息展開處理和壓縮，完成異常檢測，將異常信息保存為特定格式的數(shù)據(jù)記錄。文章基于現(xiàn)代安防系統(tǒng)的技術(shù)要求，分析數(shù)字圖像處理技術(shù)的應用模式，發(fā)揮其應有的經(jīng)濟效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代安防系統(tǒng)；數(shù)字圖像處理技術(shù)；應用

中圖分類號：TU473中圖分類號? 文獻標志碼：A文獻標志碼

0 引言

社會已經(jīng)邁入了數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的智能時代，很多智能化的產(chǎn)品和設(shè)備應運而生。在全民安防概念深入人心之后，數(shù)字圖像處理技術(shù)作為一種非常有效的安防輔助手段，在各個行業(yè)當中扮演了關(guān)鍵角色。時至今日，數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)成為功能強大的系統(tǒng)，朝著交互化和綜合化的趨勢不斷推進。因此，技術(shù)人員需要提升整個系統(tǒng)的功能和監(jiān)控性能，提升安防系統(tǒng)的準確度。

1 現(xiàn)代安防系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)需求

1.1 系統(tǒng)綜合分析

在應用數(shù)字圖像處理技術(shù)之前，技術(shù)人員需要對現(xiàn)代安防系統(tǒng)的布設(shè)方案展開整體評估。安防系統(tǒng)最為普遍的防范措施就是配置各種類型的報警探測器，這類探測器的靈敏度較高，布設(shè)技術(shù)要求簡單，但也因此產(chǎn)生了一定的問題和缺陷。例如：為了達到較好安防的效果，需要在各個防范區(qū)域同時安裝探測器，布網(wǎng)范圍較大。另外，傳感器監(jiān)測只能被動地在入侵產(chǎn)生之后，才能發(fā)現(xiàn)和報警，鑒別能力有限，并不能發(fā)揮聯(lián)動監(jiān)控功能，無法用數(shù)據(jù)手段存儲關(guān)鍵信息證據(jù)。

未來的安防系統(tǒng)應該以智能化為根本要求自動監(jiān)測區(qū)域，內(nèi)環(huán)境存在異常后可以及時報警，將異常信息傳達給用戶端采取止損措施，而不需要額外部署種類較多的安防設(shè)備。除此之外，安防系統(tǒng)要基于圖像處理技術(shù)和機器學習技術(shù)等準確檢測出異常入侵和區(qū)域入侵信息，不產(chǎn)生過多的漏報和誤報問題。在功能定制和功能擴展方面，整個系統(tǒng)的設(shè)計需求全部應由用戶端進行定制，既可以在小區(qū)域內(nèi)進行聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，也可以在遠程進行大規(guī)模遙控，使得系統(tǒng)不受地理位置和區(qū)域的嚴格限制［1］。

雖然在數(shù)字圖像處理技術(shù)的幫助下，整個安防系統(tǒng)能夠發(fā)揮應有的功能和價值，但也要考慮可能存在的局限性，例如區(qū)域監(jiān)控范圍、系統(tǒng)擴展能力和系統(tǒng)聯(lián)動等。未來的數(shù)字監(jiān)控圖像系統(tǒng)將以視頻錄像為核心，充分利用數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)來取代傳統(tǒng)的圖像分割，能夠具備多模塊處理能力，提升性能的穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)擴展的范圍。在經(jīng)過整合數(shù)字和模擬之后，可獲取兼容性較高的系統(tǒng)平臺，真正意義上實現(xiàn)開放式的數(shù)字圖像監(jiān)控，也可以進行多級視頻管理。

1.2 系統(tǒng)方案選擇和技術(shù)要求

以企業(yè)的安防標準來說，企業(yè)的安防系統(tǒng)中需要進行視頻監(jiān)控和基礎(chǔ)的防火防盜監(jiān)控。傳統(tǒng)的系統(tǒng)配置了專門的攝像頭探測器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鞯冉K端設(shè)備，盡管技術(shù)要求較低，但安裝過程比較復雜且調(diào)試難度較大，機動性不足。如果能夠采用基于人工智能或是數(shù)字圖像處理技術(shù)的視頻分析算法，就可以在視頻監(jiān)控的同時分析是否存在盜竊或異常入侵等事件。

現(xiàn)代企業(yè)的安防系統(tǒng)內(nèi)部要配置對應的報警模塊。常見的報警系統(tǒng)信息傳輸方式有4種類型：有線網(wǎng)絡(luò)傳輸、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸、專線網(wǎng)絡(luò)傳輸、公共網(wǎng)絡(luò)傳輸。其中，有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟季€比較復雜，系統(tǒng)管理和系統(tǒng)維護難度較大；無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸范圍有限；專線網(wǎng)絡(luò)一般應用于某些大型企業(yè)或工廠的報警信號傳輸。相比而言，公共網(wǎng)絡(luò)的主要構(gòu)成以寬帶網(wǎng)為主，組網(wǎng)可單獨使用，具有較高的網(wǎng)絡(luò)普及率，能夠適合現(xiàn)代安防系統(tǒng)的信息傳輸和監(jiān)控要求。在現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)化媒體監(jiān)控系統(tǒng)當中，安防系統(tǒng)不僅要有高性能的監(jiān)控終端支持，而且要配備合理的數(shù)字圖像處理技術(shù)和多媒體信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)各類視頻信息、音頻信息和數(shù)據(jù)信息的傳輸。在這一方面，國外的研究起步時間較早，已經(jīng)配置了成熟的嵌入式攝像設(shè)備端口，采用小波壓縮方法性能良好。嵌入式技術(shù)的進一步發(fā)展，使得更多高性能的芯片能夠在數(shù)字圖像處理方面扮演關(guān)鍵角色。

為了提升安防系統(tǒng)的技術(shù)標準，技術(shù)人員通常會選擇數(shù)字圖像處理技術(shù)，利用計算機對圖像進行綜合分析。在現(xiàn)代計算機圖像處理技術(shù)得到深入發(fā)展之后，計算機視覺理論開始被提及，通過圖像處理和圖像識別的方式，以機器為主體進行視覺分析［2］。整體來看，圖像處理當中的大多數(shù)方法適用性廣泛，例如點運算彩色技術(shù)和鄰域增強都有著各自的應用范圍。在很多情況下，數(shù)字圖像處理技術(shù)還會與機器學習進行配合，讓計算機具有一定的自主學習能力，利用數(shù)據(jù)規(guī)律對未知數(shù)據(jù)和后續(xù)的活動動態(tài)進行預測，隨著預測工作的經(jīng)驗積累，預測結(jié)果的質(zhì)量將不斷提升。

1.3 系統(tǒng)模塊概述

從系統(tǒng)的整體要求來看，基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的安防系統(tǒng)采用的是分布式結(jié)構(gòu)和獨立系統(tǒng)，每個用戶都有專門的組網(wǎng)模塊，可以在后期進行定制和拓展。另外，基于隱私層面的要求，在發(fā)生險情時，系統(tǒng)雖然會將數(shù)據(jù)直接保存在本地的PC設(shè)備之上，但也可以設(shè)計出專門的客戶端來展開個性化定制。在視頻數(shù)據(jù)采集模塊、算法處理模塊、報警模塊和異常數(shù)據(jù)模塊的幫助之下，安防系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)了有效的人機信息交互。通過數(shù)字圖像處理技術(shù)提供的信息，技術(shù)人員可以了解到設(shè)備運行狀態(tài)、設(shè)備功能配置、監(jiān)控參數(shù)、存儲功能等。為了降低模塊之間的耦合，提升系統(tǒng)的可拓展性，在數(shù)字圖像處理技術(shù)的應用過程當中，技術(shù)人員會對系統(tǒng)進行整體的功能劃分和層次劃分，以數(shù)據(jù)管控的方式，避免程序大規(guī)模冗余，避免模塊相互調(diào)用。

在成功登錄系統(tǒng)之后，管理員就可以申請視頻錄像請求，通過定時錄像或手動錄像的方式獲取安防系統(tǒng)范圍內(nèi)的實時信息。視頻存儲對象接收到錄像請求之后，就會調(diào)用對應的傳輸設(shè)備和存儲設(shè)備迎合該請求。基于事件本身向?qū)ο蠓祷匦畔⑻幚斫Y(jié)果，管理組件繼續(xù)將處理后的結(jié)果重新反饋給用戶端，完成安防循環(huán)。無論是手動錄像，還是自動定時錄像，其圖像功能和圖像價值不會產(chǎn)生沖突。

2 現(xiàn)代安防系統(tǒng)當中數(shù)字圖像處理技術(shù)的應用

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)分析

基于系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)分析，可以將整個系統(tǒng)劃分為不同的模塊。需注意的是系統(tǒng)的硬件平臺可直接通過電腦設(shè)置開機自動運行。

2.1.1 圖像采集模塊

數(shù)字圖像處理工作當中所涵蓋的基礎(chǔ)工作就是圖像采集。攝像設(shè)備可以根據(jù)對應的標準協(xié)議，將監(jiān)控視頻通過交換機傳輸給后臺系統(tǒng)。如果系統(tǒng)只有一個監(jiān)控設(shè)備，交換機可以直接省略傳輸過程，將信息直接接入PC端。后臺得到視頻流之后，會將視頻解析為一幀一幀的圖像數(shù)據(jù)再進行算法處理。如果后臺無法正確獲取視頻信息，就會進行系統(tǒng)報警，讓用戶端檢查監(jiān)控設(shè)備和圖像采集模塊是否保持正常工作狀態(tài)。假設(shè)系統(tǒng)當中有多個攝像設(shè)備同時工作，則系統(tǒng)會提取每個攝像設(shè)備所采集的視頻流幀數(shù)等詳細屬性，從視頻流中解碼出圖像二進制數(shù)據(jù)［3］。每個攝像設(shè)備采集模塊獲得的共享數(shù)據(jù)都可以進行預處理，如展開圖像、縮放圖像、灰度處理等，從而降低運算數(shù)據(jù)量，保障系統(tǒng)工作效率。圖像采集技術(shù)在應用過程中可以精確識別物體，將灰度圖像看作是圖像強度信息。考慮到某些同類物體會有不同的顏色，系統(tǒng)涉及的圖像算法都會對圖像進行灰度處理。

人機交互模塊的主要工作區(qū)域是安防系統(tǒng)的軟硬件功能部分，人機交互可直接控制報警模塊或其他關(guān)鍵模塊，以各個模塊和數(shù)據(jù)庫交互的方式減少模塊的直接調(diào)用，降低耦合度。

2.1.2 算法模塊

智能算法模塊是整個數(shù)字圖像處理技術(shù)當中的關(guān)鍵點，系統(tǒng)會從數(shù)據(jù)采集模塊當中獲取數(shù)字圖像信息，對圖像信息或視頻展開算法分析。例如：在安防系統(tǒng)檢測到有火災等自然災害時，就可以將火災發(fā)生過程當中的火焰形狀、火焰靜態(tài)特征、火焰動態(tài)特征、火焰顏色信息等展開算法分析，從而正確識別出火災的產(chǎn)生，減少區(qū)域內(nèi)遭受火災的可能性。在火災尚未完全形成時，會產(chǎn)生大量的煙霧，基于數(shù)字圖像的火災煙霧探測方案可以直接從圖像序列當中識別對應的煙霧信息，獲取煙霧顏色特征、背景模糊特征和運動目標特征等，在融合煙霧擴散情況、煙霧顏色以及背景區(qū)域紋理之后，更加準確地提升煙霧識別率，提前做好火災預防［4］。

2.1.3 報警模塊

在數(shù)字圖像系統(tǒng)檢測到異常之后，就會通過報警的方式提醒用戶端，即便用戶本身距離較遠也可以將報警信息或現(xiàn)場圖片發(fā)送給指定用戶端。例如：當系統(tǒng)監(jiān)測到異常之后，系統(tǒng)內(nèi)會啟動對應的燈光設(shè)備或遠程遙控報警，產(chǎn)生對象威懾。某些安防系統(tǒng)還會與本地的警務(wù)系統(tǒng)進行聯(lián)動，系統(tǒng)會直接自動撥打119或110。

2.1.4 數(shù)據(jù)模塊

當系統(tǒng)檢測到異常之后，會按照用戶的配置要求將異常的現(xiàn)場畫面或視頻資料進行保存，按照時間順序進行縮放處理。如果存儲空間已滿，那么會讓新的數(shù)據(jù)覆蓋舊的數(shù)據(jù)，保證空間的可重復利用。系統(tǒng)在運行狀態(tài)時會獲取當前的設(shè)備信息和設(shè)備配置參數(shù)信息。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫會將所有的設(shè)備功能列表和設(shè)備參數(shù)列表包含在內(nèi)。技術(shù)人員不需要開啟所有的設(shè)備功能。在確定整個安防系統(tǒng)的運行參數(shù)要求和運行時間要求之后，可基于系統(tǒng)精確度需求，保障系統(tǒng)性能的性價比，關(guān)閉一些作用較小的功能［5］。如果系統(tǒng)內(nèi)檢測到數(shù)據(jù)異常時，整個數(shù)字圖像處理，會以算法分析為基礎(chǔ)提供兩種數(shù)據(jù)存儲方式，一是按照既有的時間段設(shè)定存儲信息，二是自由設(shè)定分辨率，完成智能存儲。

2.2 數(shù)字圖像用戶管理模塊

在進入安防系統(tǒng)之后，管理人員可以得到對應的維護和修改信息，將需要的信息發(fā)送給申請信息的對象。整個數(shù)字圖像處理技術(shù)在應用過程當中，除了可以完成用戶權(quán)限設(shè)定之外，還可以對相同權(quán)限的用戶進行統(tǒng)一規(guī)劃，或是建立分組，設(shè)定權(quán)限，讓具有權(quán)限的用戶完成對應的權(quán)限訪問。同時，用戶管理模塊還可以設(shè)置某些用戶對某些設(shè)備的專門管理權(quán)限，可根據(jù)需要自行選擇。

2.3 監(jiān)控模塊與錄像存儲

監(jiān)控模塊會根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求確定監(jiān)控范圍，在進行視頻監(jiān)控之后，可以完成監(jiān)控信息反饋，管理組件按照請求的信息類型把對應的請求轉(zhuǎn)發(fā)給對應的對象。在整個數(shù)字監(jiān)控模塊的前臺界面，可以對錄像存儲要求進行管理，并且隨時查看錄像信息將其下載到本地。無論是手動錄像還是定期錄像，都可以指定錄像路徑或錄像內(nèi)容。在系統(tǒng)中設(shè)置定時聯(lián)動功能和觸發(fā)功能，勾選報警模塊或布防模塊?，F(xiàn)階段，很多安防系統(tǒng)中還設(shè)置專門的音頻服務(wù)或會議服務(wù)功能。由此可知，整個監(jiān)控模塊和錄像存儲要求做好人員和區(qū)域入侵檢測、本地報警或遠程報警檢測、圖像采集和視頻存儲等。整個監(jiān)控模塊和錄像存儲在滿足高精度的同時具有非常短的響應時間，可達到預期的設(shè)計要求［6］。整個系統(tǒng)的運行環(huán)境和數(shù)字圖像處理技術(shù)的應用都要滿足一般的配置需求，否則會導致某些常用PC端或設(shè)備無法發(fā)揮良好的監(jiān)控能力，影響安防系統(tǒng)的工作性能和參數(shù)等。

3 結(jié)語

基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的安防系統(tǒng)可通過人工智能算法等多個技術(shù)模塊，配置人員檢測區(qū)域入侵檢測、智能報警檢測等多項功能。系統(tǒng)的精度高，反應速度快，各項指標都能夠達到既定的水準。在確定整個系統(tǒng)的功能與性能需求之后，可利用數(shù)字圖像處理技術(shù)提出人機交互和數(shù)據(jù)應用層面的策略方案。

參考文獻

［1］姚李虎.數(shù)字圖像處理技術(shù)在智能博物館安防系統(tǒng)的應用策略［J］.網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應用，2022（3）：122-123.

［2］王毅，張禹，錢宏文.基于Hi3559的多路HD-SDI視頻傳輸系統(tǒng)［J］.電子技術(shù)應用，2022（3）：83-87.

［3］黃君君.客運站安防工作中的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的分析與設(shè)計［J］.網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應用，2020（1）：136-138.

［4］王巖，熊芳芳，盧曦.應用于社區(qū)安防的車牌識別門禁系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.電腦編程技巧與維護，2016（19）：82-83.

［5］張燁，黃新波，李菊清，等.視頻圖像處理在輸電線路安防系統(tǒng)的應用［J］.廣東電力，2016（5）：102-107.

［6］梁策，劉北勝，陳長春，等.高速鐵路視頻調(diào)用時延測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.北京交通大學學報，2016（5）：116-119.

（編輯 王永超）

Application research of digital image processing technology in modern security system

Yuan? Yazhe

（School of Information Engineering， Zhengzhou Technology and Business University， Zhengzhou 453003， China）

Abstract：? Although the traditional security system intrusion technology is relatively simple in equipment configuration and maintenance requirements， the security of the entire security system is limited， and traditional detectors are often passive detection， which can not be deployed in the region of the state of comprehensive analysis. With the development of digital image processing technology， the whole system has a storage mechanism， which can process and compress every frame of image information to complete anomaly detection， and the exception information is then saved as a data record in a specific format. This research will also analyze the application mode of digital image processing technology based on the technical requirements of modern security system， and bring its due economic and social benefits into play.

Key words： modern security system; digital image processing technology; application