機(jī)器視覺(jué)極大提升了智能安防行業(yè)的應(yīng)用

在當(dāng)前以高端裝備制造為核心的智造工業(yè)4.0時(shí)代背景下，隨著“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略的深入，工業(yè)智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的勢(shì)頭，其中充當(dāng)工業(yè)機(jī)器人“火眼金睛”角色的機(jī)器視覺(jué)功不可沒(méi)。

安防的技術(shù)一直在演進(jìn)中，當(dāng)行業(yè)完成了網(wǎng)絡(luò)化和高清化之后，智能化應(yīng)用就成了各個(gè)安防門(mén)類廠家的技術(shù)熱門(mén)。應(yīng)該說(shuō)，從2012年開(kāi)始，安防行業(yè)都在圍繞如何使產(chǎn)品和系統(tǒng)智能化應(yīng)用展開(kāi)深入研發(fā)和探討，從而引發(fā)了一波技術(shù)潮流。如果說(shuō)智能視頻分析是智慧安防應(yīng)用的2.0版本，那么，機(jī)器視覺(jué)，將開(kāi)啟智慧安防應(yīng)用2.0時(shí)代，這是一個(gè)智能安防新的應(yīng)用天地。

精準(zhǔn)把握機(jī)器視覺(jué)的研究?jī)?nèi)容

要探討機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用，首先還是需要精準(zhǔn)把握什么是機(jī)器視覺(jué)，并把其與當(dāng)下熱門(mén)又有重疊部分的人工智能和深度學(xué)習(xí)區(qū)分開(kāi)來(lái)。

人工智能的外延范圍最大，包括了機(jī)器視覺(jué)、深度學(xué)習(xí)、機(jī)器人技術(shù)、生物識(shí)別技術(shù)和自然語(yǔ)言處理?？梢钥闯?，人工智能包括了深度學(xué)習(xí)和機(jī)器視覺(jué)，研究的是人類智能活動(dòng)規(guī)律，構(gòu)造具有一定智能的人工系統(tǒng)，研究如何讓計(jì)算機(jī)去完成以往需要人的智力才能勝任的工作，也就是研究如何應(yīng)用計(jì)算機(jī)的軟硬件來(lái)模擬人類某些智能行為的基本理論、方法和技術(shù)。

深度學(xué)習(xí)，是人工智能研究中的一個(gè)新的領(lǐng)域，其動(dòng)機(jī)在于建立、模擬人腦進(jìn)行分析學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它模仿人腦的機(jī)制來(lái)解釋數(shù)據(jù)，例如視頻、聲音和文本。深度學(xué)習(xí)在安防行業(yè)的應(yīng)用極為熱門(mén)，在評(píng)測(cè)產(chǎn)品時(shí)關(guān)于人臉和車輛的識(shí)別技術(shù)都基于深度學(xué)習(xí)。究其原因，深度學(xué)習(xí)的關(guān)鍵要素是數(shù)據(jù)，而占大數(shù)據(jù)總量60%以上的為視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，所以，深度學(xué)習(xí)的在安防行業(yè)的方方面面得到了應(yīng)用：人臉檢測(cè)、車輛檢測(cè)、非機(jī)動(dòng)車檢測(cè)、人臉識(shí)別、車輛品牌識(shí)別、行人檢索、車輛檢測(cè)、人體屬性、異常人臉檢測(cè)、人群行為分析、各種感興趣目標(biāo)的跟蹤等。

機(jī)器視覺(jué)是人工智能正在快速發(fā)展的一個(gè)分支。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，機(jī)器視覺(jué)就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。通過(guò)分CMOS或CCD傳感器將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，得到被攝目標(biāo)的形態(tài)信息，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào);圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。

機(jī)器視覺(jué)主要是對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別，因此機(jī)器視覺(jué)在人臉識(shí)別、車牌識(shí)別等方面得到大量運(yùn)用。以智能交通行業(yè)為例，機(jī)器視覺(jué)具有成本低、穩(wěn)定性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外高速公路和公路的交通監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用,具體體現(xiàn)在車牌識(shí)別、車身顏色識(shí)別、車型識(shí)別、違章識(shí)別、車流量統(tǒng)計(jì)、流量控制等。

這時(shí)有人會(huì)產(chǎn)生疑惑，機(jī)器視覺(jué)和深度學(xué)習(xí)有太多重疊之處，是否兩者在安防行業(yè)是同一概念的不同表達(dá)。其實(shí)不然，如果僅從視頻監(jiān)控行業(yè)來(lái)看，學(xué)習(xí)算法是機(jī)器視覺(jué)更高層面的應(yīng)用，因?yàn)榛诰薮髽颖静杉盐樟舜罅繑?shù)據(jù)特征，而機(jī)器視覺(jué)主要在特征感知、圖像預(yù)處理、特征提取、特征篩選面擅長(zhǎng)，也就是說(shuō)，機(jī)器視覺(jué)主要是在特征識(shí)別提煉部分，而深度學(xué)習(xí)是把特征和學(xué)習(xí)結(jié)合起來(lái)，比如用特征的感知和提取來(lái)預(yù)判數(shù)據(jù)。

機(jī)器視覺(jué)安防應(yīng)用的核心技術(shù)

在今年6月份有美國(guó)商業(yè)資訊的權(quán)威機(jī)構(gòu)作出了預(yù)測(cè)，全球機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)正處于迅速發(fā)展之中，預(yù)計(jì)到2025年年底，市值將超過(guò)192億美元。時(shí)至今日，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)不僅成功應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，并且應(yīng)用范圍還在逐步擴(kuò)大。已由起初的電子制造業(yè)和半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)，發(fā)展到了安防、包裝、汽車、交通和印刷等多個(gè)行業(yè)。

安防，是機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的主戰(zhàn)場(chǎng)之一，有幾大心技術(shù)應(yīng)用為安防行業(yè)帶來(lái)改變：

目標(biāo)識(shí)別

目標(biāo)識(shí)別技術(shù)和穩(wěn)定的追蹤方法是機(jī)器視覺(jué)在安防發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。它在很多領(lǐng)域都得到大量的應(yīng)用，例如身份確認(rèn)的指紋識(shí)別、人臉識(shí)別、虹膜識(shí)以及在智能交通管理、機(jī)動(dòng)車檢測(cè)、停車場(chǎng)管理等場(chǎng)合的車牌識(shí)別等。一個(gè)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)該具有在復(fù)雜背景以及各種天氣情況下檢測(cè)、分類、識(shí)別標(biāo)的能力，這樣才能有針對(duì)性地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行持續(xù)的跟蹤。

近些年來(lái)，目標(biāo)識(shí)別技術(shù)已由理論探索、實(shí)驗(yàn)室仿真逐漸走向?qū)嶋H應(yīng)用，其技術(shù)方法也從經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別，向著基于知識(shí)、模型、多傳感器信息融合以及向深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別方法演進(jìn)。

目標(biāo)追蹤

運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤是確定同一物體在圖像序列不同幀中位置的過(guò)程。其主要工作方式就是選擇好的目標(biāo)特征和采用適當(dāng)?shù)乃阉鞣椒?，根?jù)匹配原理，把現(xiàn)有的跟蹤方法分為基于模型、區(qū)域、特征以及活動(dòng)輪廓的跟蹤，這是機(jī)器視覺(jué)力所能及之處。

雙目技術(shù)

雙目立體技術(shù)核心目的是提高識(shí)別的準(zhǔn)確率。由于立體視覺(jué)技術(shù)形成的視場(chǎng)中帶有物體的三維幾何信息，因此能夠有效的設(shè)定檢測(cè)規(guī)則，排除光線、影子等干擾因素，大幅提高智能分析的準(zhǔn)確度。在評(píng)測(cè)杭州巨頭企業(yè)的高空了望云臺(tái)攝像機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)都基于機(jī)器視覺(jué)的雙目技術(shù)，其對(duì)于人、物的識(shí)別率有極大提高，并且采用雙相機(jī)或多相機(jī)，對(duì)視場(chǎng)內(nèi)空間的自由運(yùn)動(dòng)體的三維位置坐標(biāo)及姿態(tài)進(jìn)行高精度的測(cè)量，確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的質(zhì)心位置，并根據(jù)標(biāo)定結(jié)果對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行高精度跟蹤。

多球機(jī)聯(lián)動(dòng)跟蹤技術(shù)

多球機(jī)聯(lián)動(dòng)跟蹤技術(shù)是以單球機(jī)智能跟蹤技術(shù)作為基礎(chǔ)的。從應(yīng)用的層面上看，能夠?qū)⑵胀ǖ母櫱驒C(jī)的單點(diǎn)式監(jiān)控，提升為系統(tǒng)內(nèi)對(duì)單個(gè)目標(biāo)的無(wú)縫式接力跟蹤，配合電子地圖的使用，能夠容易的實(shí)現(xiàn)對(duì)高安全等級(jí)區(qū)域的無(wú)縫式跟蹤，并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)軌跡描繪、犯罪行為預(yù)警等高等級(jí)的安保需求。多球機(jī)聯(lián)動(dòng)跟蹤技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，需要具備多目標(biāo)識(shí)別與跟蹤技術(shù)。在應(yīng)用中，通常設(shè)定一臺(tái)球機(jī)作為發(fā)起點(diǎn)，對(duì)廣域范圍內(nèi)目標(biāo)進(jìn)行的智能行為分析，并將同時(shí)監(jiān)控的多個(gè)目標(biāo)按照既定的策略進(jìn)行排序，并按照先后順序，指揮智能跟蹤球機(jī)逐個(gè)跟蹤監(jiān)控目標(biāo)。與單目標(biāo)跟蹤相比，多目標(biāo)跟蹤技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問(wèn)題，即建立一個(gè)統(tǒng)一的坐標(biāo)系，使得發(fā)起球機(jī)可以將目標(biāo)的坐標(biāo)信息傳遞給跟蹤球機(jī)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)跟蹤。該技術(shù)其實(shí)是安防行業(yè)機(jī)器視覺(jué)的最早應(yīng)用，在蘇州某安防企業(yè)的接觸中就窺見(jiàn)了一斑。

面向事后應(yīng)用的視頻摘要、視頻檢索

隨著監(jiān)控探頭的普及，監(jiān)控系統(tǒng)中存有海量的錄像數(shù)據(jù)，在目前人工查看的模式下，傳統(tǒng)的方法需要從頭到尾順序播放，往往需要數(shù)倍于原始視頻的時(shí)間才能審看完成，因此需要大量人員連續(xù)加班數(shù)周進(jìn)行視頻的審看。為了規(guī)避遺漏和誤差，就要加大人力投入的方法。如何有效、高效的應(yīng)用，減輕人工查看回放帶來(lái)的時(shí)效性差、成本高、疲勞問(wèn)題，并在不同分辨率、不同清晰度的錄像中準(zhǔn)確的辨別出需要獲取的信息，基于以上需求，安防廠家研發(fā)了視頻摘要、視頻檢索等技術(shù)手段，這也是機(jī)器視覺(jué)的研究?jī)?nèi)容之一。

機(jī)器視覺(jué)開(kāi)啟智慧安防應(yīng)用

從以上的介紹和分析中，我們大概能了解機(jī)器視覺(jué)有所認(rèn)知，但其在安防行業(yè)能做什么，為行業(yè)帶來(lái)哪些改變，值得關(guān)注。先舉例子來(lái)看機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用價(jià)值：

2017年7月16日，深圳市寶安區(qū)西鄉(xiāng)金港華庭沃爾瑪超市內(nèi)，驚現(xiàn)一名男子持菜刀傷人，并導(dǎo)致2人死亡，9人受傷。如今，監(jiān)控在大小商場(chǎng)店鋪中隨處可見(jiàn)，幾乎成為了每個(gè)商場(chǎng)店鋪的必備。顯然，使用監(jiān)控對(duì)于店鋪日常管理與安防工作都十分有用。但事實(shí)上，目前以人力為主的監(jiān)控設(shè)備存在極大的安全漏洞，使安防工作在一定程度上形同虛設(shè)?；跈C(jī)器視覺(jué)技術(shù)的智能安防系統(tǒng)，能夠從眾多視頻材料中進(jìn)行圖像識(shí)別，搜尋可疑人物等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)高危人員的識(shí)別和篩查;同時(shí)還能夠從多個(gè)監(jiān)控設(shè)備自動(dòng)識(shí)別可疑物體，比如菜刀等，自動(dòng)發(fā)出警報(bào)提醒安保人員。

除了事前的預(yù)防和制止功能，機(jī)器視覺(jué)的視頻摘要和檢索是面向事后應(yīng)用的智能技術(shù)。其中，視頻摘要技術(shù)使24小時(shí)的視頻被制作成一個(gè)簡(jiǎn)短到幾分鐘摘要視頻成為現(xiàn)實(shí)，這將大大提高海量視頻監(jiān)控錄像分析的效率。視頻檢索技術(shù)則主要是依賴于視頻算法對(duì)視頻進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)對(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，提取出視頻內(nèi)容中的有效信息，進(jìn)行標(biāo)記或者相關(guān)處理后，人后可以通過(guò)各種屬性描述進(jìn)行快速檢索。

可以說(shuō)，如果上述案例中具有機(jī)器視覺(jué)的智能安防產(chǎn)品，必然不會(huì)發(fā)生如此慘劇。以點(diǎn)帶面，看機(jī)器視覺(jué)如何弄潮安防新時(shí)代。

與公安機(jī)關(guān)建立人臉捕捉數(shù)據(jù)庫(kù)

在公共場(chǎng)合人員密集區(qū)域，比如：天安門(mén)廣場(chǎng)、火車站等敏感的公共場(chǎng)合監(jiān)控，相關(guān)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品也隨著技術(shù)的發(fā)展不斷地細(xì)化。產(chǎn)品能與公安機(jī)關(guān)搭建人臉識(shí)別比對(duì)系統(tǒng)，建立人臉捕捉數(shù)據(jù)庫(kù)，將人臉信息歸檔，并與個(gè)人身份建立關(guān)系，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中采用人臉?biāo)阉?、黑名單布防、陌生人識(shí)別等多項(xiàng)智能分析功能，大大提高視頻監(jiān)控的防范功效，可以讓犯罪分子無(wú)可遁形。

智能交通中對(duì)車的識(shí)別和管控

在交通行業(yè)，與其他識(shí)別技術(shù)相比，機(jī)器視覺(jué)具有成本低、穩(wěn)定性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外高速公路和公路的交通監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用,比如車牌識(shí)別、車身顏色識(shí)別、車型識(shí)別、違章識(shí)別、車流量統(tǒng)計(jì)、流量控制等。

人臉布控

人臉識(shí)別基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識(shí)別，主要指通過(guò)攝像機(jī)采集含有人臉的圖片或視頻流，然后在圖片或視頻流中進(jìn)行人臉檢測(cè)并抓拍，進(jìn)行面部特征提取，以實(shí)現(xiàn)抓拍的人臉與數(shù)據(jù)庫(kù)中的人臉進(jìn)行比對(duì)的技術(shù)。目前已有不少企業(yè)推出了機(jī)器視覺(jué)的人臉布控系統(tǒng)，能夠適應(yīng)于各種交通要道、住宿場(chǎng)所、智能樓宇、大型連鎖商場(chǎng)，平安城市等場(chǎng)合，具有人臉布控、以圖搜圖、用戶管理等核心業(yè)務(wù)功能。

一些企業(yè)在努力的用機(jī)器視覺(jué)改變安防。比如：2017上海國(guó)際機(jī)器視覺(jué)展VisionChina在上海舉行，?？禉C(jī)器人的技術(shù)與設(shè)計(jì)都是源于機(jī)器視覺(jué);大華股份浙江華睿科技與英特爾聯(lián)合共推機(jī)器視覺(jué)業(yè)務(wù)。今年6月29日，華?？萍寂c英特爾重磅發(fā)布了9MP/12MP高性能小面陣相機(jī)、50MPCoaXPress大面陣相機(jī)等機(jī)器視覺(jué)系列新品。此外，北京清影機(jī)器視覺(jué)技術(shù)有限公司研發(fā)的通用式三維即時(shí)成像技術(shù)具有通用式和即”兩大特點(diǎn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的空白;騰龍推出的4款機(jī)器視覺(jué)專用定焦鏡頭，進(jìn)一步充實(shí)產(chǎn)品陣容，提供更多高像素鏡頭方案，滿足用戶需求;今年5月，美國(guó)亞馬遜公司收購(gòu)了一支歐洲頂級(jí)機(jī)器視覺(jué)團(tuán)隊(duì)用于無(wú)人機(jī)和視頻監(jiān)控領(lǐng)域研究。

結(jié)束語(yǔ)

業(yè)界有這樣的觀點(diǎn)，機(jī)器視覺(jué)形成了智能視頻分析的閉環(huán)，從特征提取到應(yīng)用都極大提升了智能安防行業(yè)應(yīng)用，是智慧安防2.0。為此，一場(chǎng)由機(jī)器視覺(jué)引發(fā)的智慧安防風(fēng)暴已經(jīng)吹響全球，并在迅速蔓延中，將改變智慧安防格局。