网络化时代下的视频监控与计算机视觉研究

随着信息数字化、网络化和智能化的发展，信息技术的应用已经渗透到社会的各个领域，改变了人类的生产和生活方式，大大推动了整个社会的进步。特别是近年来音视频传感器网络建设不断发展，视频监控手段的运用越来越普及、越来越频繁。

视频监控系统以其直观、方便、信息内容翔实，并可以为监控人员提供实时监控手段等特点，已经成为金融、交通、能源、安防、电信、军事、商业、社区等领域安全防范的重要组成部分。它是一种信息量极大、与计算机应用技术密切结合、防范能力极强的综合技术系统。具体实践中，一般可以通过对摄像机及其相关设备的遥控，直接了解和掌握监控现场的动态，同时也可以把监控现场的图像信息、声音信号及时发送到控制中心，控制中心监控人员通过现场信息及时发出调度指令来进行综合监控，从而保证监控更加及时、有效。视频监控系统通常部署于监控指挥平台进行一体化联动运行，并结合视频监控系统的实时录像和实时抓拍功能，使防范能力更加强大，调查取证更为方便。

视频一体化指挥系统是指以视频信息为主导，以通信和视频监控网络为依托，由各类高效能软件支持的传感器、传输设备、处理系统和信息终端组成的新型指挥平台。

1）视频监控设备

公安机关对信息化建设一直非常重视，从1983年到2002年历经单机系统应用的起步建设阶段、人口信息系统网络化应用的初步建设阶段和网上追逃等系统开始网络化应用的网络应用阶段。从2003年启动建设的公安信息化工程——金盾工程，其核心就是运用信息化手段进一步提高警务工作效率，降低警务工作成本，增强打击犯罪和公共服务的能力，现已经建设了一、二、三级信息通信网络以及大部分应用资料库和共享平台工程。

2003年至2009年，全国开始了平安城市建设，各地城市报警与监控系统陆续开展建设，安防产品的应用从平安城市建设逐步扩展到医疗、教育、电信、工矿企业等行业，并开始进入民用市场，大大促进了安防市场规模的不断壮大。

截至2008年，安防企业数量已经超过2万家，从业人员超过100万人，行业产值达到2 000亿元，到2015年我国安防产业总产值近5 000亿元。整个行业产业链和产品系列不断丰富，技术更加成熟。这个时期的视频监控系统前端逐步从模拟摄像机向高清和超高清的数字摄像机和网络摄像机过渡，后端采用数字硬盘录像机（Digital Video Recorder，DVR），如图9－1所示，它不仅具有对图像／语音进行长时间录像、录音、远程监视和控制的功能，还集合了录像机、画面分割器、云台镜头控制、报警控制、网络传输等5种功能于一身。

图9－1　DVR

目前，网络摄像机和网络视频录像机的逐步普及使用，视频监控已经进入了网络化的时代。将来的监控系统将会融合目标检测、跟踪、识别等分析处理功能，朝着效率更高，成本更低，安全性更强的智能化方向发展。

2）视频监控处理技术

计算机行业的井喷式发展以及互联网的迅速扩张吸引了越来越多的人探索、研究和应用计算机科学技术，从而促使了它的蓬勃发展，其中计算机视觉技术的发展和进步最为突出。计算机视觉是计算机科学的一个非常活跃的研究分支，它既属工程领域，也是科学领域中的一个富有挑战性重要研究领域，如图9－2所示，涉及计算机科学和工程、信号处理、物理学、应用数学和统计学、神经生理学和认知科学等，它研究如何让计算机“看”，即用摄影机和电脑代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等机器视觉。

图9－2　计算机视觉研究范畴

这些学科中，图像处理、模式识别或图像识别、景物分析、图像理解是警务实战应用中最突出的。

图像处理（Image Processing）又称影像处理，是用计算机对图像进行分析，以达到所需结果的技术。常用的图像处理技术一般包括图像压缩，增强和复原，匹配、描述和识别3个部分。北京航空航天大学宇航学院图像处理中心主要从事图像处理、模式识别与智能系统相关的理论和应用研究，在国内图像处理与模式识别领域具有重要影响，尤其在航空航天和国防应用领域。

人的视觉系统可以帮助人类从外界获取3／4以上的信息，而图像又是所有视觉信息的载体，尽管人眼的鉴别力很高，可以识别上千种颜色，但在很多情况下，图像对于人眼来说是模糊的甚至是不可见的。通过图像增强技术，可以使模糊甚至不可见的图像变得清晰明亮。因此，数字图像处理技术在警务实战中常被用于案件事后分析、线索发现。通过该项技术能够帮助公安办案人员更客观、准确地认识案发环境和嫌疑目标。(www.xing528.com)

模式识别（Pattern Recognition）是人类的一项基本智能，属于认识科学的范畴。在日常生活中，人们无时无刻不在进行着“模式识别”，如上网读书看报、打电话交流沟通。随着20世纪40年代计算机的出现以及50年代人工智能的兴起，人类有可能研究复杂的信息处理过程，当然也希望能用计算机来代替或扩展人类的部分脑力劳动，由此模式识别演变为通过计算机对表征事物或现象的各种形式的（数值的、文字的和逻辑关系的）信息进行处理和分析，以对事物或现象进行描述、辨认、分类和解释的过程，是信息科学和人工智能的重要组成部分。

对人类来说，特别重要的是对光学信息（通过视觉器官来获得）和声学信息（通过听觉器官来获得）的识别。因此，模式识别技术在警务实战中常被用于在视频图像中对嫌疑目标的自动检测和识别，如车牌识别、文字识别或指纹识别等。中国科学院北京自动化研究所下属的模式识别国家重点实验室视觉监控研究组处于领先地位。他们对交通场景的视觉监控、人的运动视觉监控和行为模式识别进行了深入研究，取得了一定的成果。

图像理解（Image Understanding，简称IU）就是对图像的语义理解。它是以图像为对象，知识为核心，研究图像中有什么目标、目标之间的相互关系、图像是什么场景以及如何应用场景的一门学科，其重点是在图像分析的基础上进一步研究图像中各目标的性质及其相互关系，并得出对图像内容含义的理解以及对原来客观场景的解释，进而指导和规划行为。

计算机视频监控是利用计算机视觉和图像处理的方法对图像序列进行运动检测、运动目标分类、运动目标跟踪以及对监视场景中目标行为的理解和描述。

3）警务应用

在计算机科学技术成果的不断推动下，公安领域新理论、新技术、新产品、新设备、新的应用系统不断涌现，公安机关的战斗力显著增强。

我国公安部门从20世纪80年代开始，通过租用电信话路，组建了与公用电话网隔离的全国公安专用有线电话通信网。1986年以后，全国各地公安机关陆续开展城市110报警系统的建设，安全防范技术自20世纪80年代开始面向社会、服务于公众，并于90年代得到大力推广。

专用计算机网络在公安工作中发挥了巨大的作用，特别是在网上追逃、打击流窜犯罪、人口联网查询、机动车辆联网查询等工作中取得了显著效果。为提高公安机关侦破案件的能力，打击流窜犯罪，1994年，我国建立了全国犯罪信息中心，并在省、直辖市建立相应的分中心；中央数据库建在公安部，省公安厅和市公安局分别建立相应的数据库。1989年，公安科技第一次正式列入《国家科技中长期发展纲要》和《国家科技发展十年规划和“八五”公关计划纲要》。1998年，国家正式批准公安工作信息化工程——“金盾工程”。1999年，公安部党委决定在全国公安机关开始启动“金盾工程”前期建设工作，2003年全面启动实施。2006年11月，“金盾工程”一期工程建成了全国性的八大基础数据资源库，建成覆盖主要公安业务领域的60个应用系统，开发出综合查询、搜索引擎、请求服务等重要应用手段，并顺利通过了国家验收。“十一五”和“十二五”期间公安部先后组织实施了“金盾工程”二、三期的建设，完成了21个省级图像信息联网平台、332个地市级公安机关市级联网平台；全国400多个车管所都已经实现计算机流程化业务管理和全国联网应用；各地出入境证件办理全部实现计算机管理和按需申领护照；260个边防口岸也全部实现计算机查验并联网运行。

通过科技成果的推广和应用，公安机关在打、防、管、控和服务等各个方面的水平和能力都有了较大的提升，不仅提高了公安工作和队伍管理的整体水平，还改善了在人民群众心目中的形象和地位。

（1）公安机关侦查破案、打击犯罪的能力和水平大大提升　通过现代科学技术在公安工作中的应用，公安机关的战斗能力明显提高。各地公安机关普遍建立了违法犯罪人员、刑事案件、在逃人员、指纹等信息系统，并积极利用社会信息开展网上侦办、网上办案，破案率明显提高，侦破了一大批大案、要案和历史积案。

（2）社会面治安防控能力显著增强　许多城市建成覆盖重点单位和要害部位的治安动态监控与报警网络以及高危人员管控、信息采集与自动化比对报警、车辆号牌识别查控等应用系统，高危人员信息采集、出租屋记录、旅馆住宿人员信息采集传输率等大幅提高，路面发案呈明显下降趋势，运用科技手段发现线索、抓获违法犯罪嫌疑人的案件比例大幅增加。

（3）行政管理能力有所加强　大中型城市建立了智能交通控制系统，特别是运用科技手段将公安机关的社会管理智能向基层延伸，使公安机关和群众走得更近，解决问题更为直接。

（4）服务保障民生能力显著增强　各地充分利用网络优势，主动回应广大人民群众对公共服务的新期待，相继在公安机关门户网站开通了表格下载、网上申领、网上举报等服务，部分城市的户籍管理实现了“网上审批”和“一站式”办理，车辆、驾驶人员管理全部实现信息化，窗口单位普遍推广了人性化的科技应用产品等，科技使公安机关便民利民措施更加丰富，惠民方式不断创新。

公安机关通过计算机储存大量的犯罪资料和信息情报，通过计算机互联网使全国乃至国际间警察信息情报中心连成巨大的网络，极大地提高了预防预警能力，给打击犯罪、处置突发事件提供了便捷、高效的平台。

4）突出问题

视频图像作为重要的信息资源，虽屡获战功，但未充分发挥其应有的作用。在公安机关部署视频监控系统的前期，虽然在一定程度上实现了警务信息化，提高了工作效率，但随着视频监控系统规模的不断扩大和公安信息化应用的持续深入，视频监控数据出现了爆炸性的增长。现有的视频监控系统已经不能满足一体化指挥的需要，主要体现在虽然警务通信方式的多元化为公安机关日常工作提供了很大方便，但各种通信手段之间的相对独立及警情信息数据的流转不畅，影响了公安应急指挥调度效率的提高。各类警务通信方式的独立性主要体现在自成系统、通信协议不同、信令不同、底层数据编码不同。如何屏蔽底层复杂的异质网络组网细节，将这些异质网络通信资源融合到统一通信平台上，实现异网异构、异地远程条件下多种通信手段的无缝对接与互联互通，构建—个具有强大兼容性的一体化公安应急指挥调度通信网，集成多种警情信息数据并平滑流转，从而有效提高公安应急指挥调度的范围与效率，缩短处置应急突发事件的联动时间，已成为当前公安信息化工作必须要面对和解决的重要问题。