监狱智能分析与识别系统关键技术研究成果

智能视频分析技术的需求发展历程，离不开安防视频监控的快速发展。安防视频监控是整个监狱安防系统的基础，它既保证了在押人员的所有活动都在监所值班干警的视线范围之内，同时又保证了出现事故后有视频录像文件可供事后查证。因此，监狱视频监控系统是提高监狱安防、技防水平的重要工具，它对监督犯人的改造、防范监狱内出现突发事件都起到了不可替代的作用。

从视频监控系统的发展经历来看，可分为三个阶段：模拟视频监控、基于微机平台的多媒体监控、基于嵌入式网络视频服务器/编解码器的网络化数字视频监控。模拟视频监控无法进行远程访问，也无法与其他安防系统（如门禁、周界防护等）有效集成，完全由监控人员通过对视频画面的观察，根据关注事件的特征对视频内容进行分类，找出与目标事件相关的镜头，提取信息并给出事件分析报告。基于微机平台的多媒体监控具有友好的人机交互界面和基于网络的多级分控能力，每一级都有自我管理和控制的功能，并可以受上一级的控制，随着信息处理技术的不断向前发展，嵌入式DVR 系统也得到较大进步，由于它具有使用安装方便和高可靠性等特点，所以它在监狱系统应用特别广泛。而网络化数字视频监控就是将传统的模拟视频信号转化为数字信号，通过计算机网络传输和智能化的计算机软件来处理。视频、音频及控制信号被系统数字化后，以数据包的形式在计算机网络上传输，实现了视频/音频的数字化、系统的网络化、应用的多媒体化以及管理的智能化。

视频分析，英文是IVS （Intelligent Video System），也称作CA（Content Analyse），视频分析技术就是使用计算机图像视觉分析技术，通过将场景中背景和目标分离进而分析并追踪在摄像机场景内出现的目标。

用户可以根据视频内容分析功能，通过在不同摄像机的场景中预设不同的报警规则，一旦目标在场景中出现了违反预定义规则的行为，系统会自动发出报警，监控工作站自动弹出报警信息并发出警示音，用户可以通过点击报警信息，实现报警的场景重组并采取相关措施。

视频内容分析技术通过对可视的监视摄像机视频图像进行分析，并具备对风、雨、雪、落叶、飞鸟、飘动的旗帜等多种背景的过滤能力，通过建立人类活动的模型，借助计算机的高速计算能力并使用各种过滤器，排除监视场景中非人类的干扰因素，准确判断人类在视频监视图像中的各种活动。

视频分析实质是一种算法，甚至可以说与硬件、系统架构没什么关系，视频分析技术基于数字化图像，基于图像分析和计算机视觉。一方面，智能视频将继续数字化、网络化、智能化的进程。另一方面，智能视频监控将向着适应更为复杂和多变的场景发展；向着识别和分析更多的行为和异常事件的方向发展；向着更低的成本方向发展；向着真正“基于场景内容分析”的方向发展；向着提前预警和预防的方向发展。监控系统的数字化、网络化及芯片、算法的发展都与视频分析密切相关。

智能视频分析在国际上有多种叫法，比如VCA （Video Content Analysis）、VA（Video Analysis）、IVA （Intelligent Video Analytics）、IV （Intelligent Video）、IVS（Intelligent Video System）。

智能视频分析是计算机图像视觉技术在安防领域应用的一个分支，是一种基于目标行为的智能监控技术。区别于传统的移动侦测（Video Motion Detection，VMD）技术，智能视频分析首先将场景中的背景和目标分离，识别出真正的目标，去除背景干扰（如树叶抖动、水面波浪、灯光变化），进而分析并追踪在摄像机场景内出现的目标行为。

智能视频分析与移动侦测的本质区别是前者可以准确识别出视频中真正活动的目标，而后者只能判断出画面变化的内容，无法区分目标和背景干扰。所以智能视频分析相对于移动侦测，抗干扰能力有质的提高。使用智能分析技术，用户可以根据实际应用，在不同摄像机的场景中预设不同的报警规则，一旦目标在场景中出现了违反预定义规则的行为，系统会自动发出报警。报警信息有多种形式，包括本地驱动报警设备和向后端监控中心发送报警数据，由监控工作站控制以弹出视频、自动弹出报警信息、驱动报警设备等形式报警。

智能视频分析的技术原理是接入各种摄像机以及DVR、DVS及流媒体服务器等各种视频设备，并且通过智能化图像识别处理技术，对各种安全事件主动预警，通过实时分析，将报警信息传导综合监控平台及客户端。具体来讲，智能视频分析系统通过摄像机实时“发现敌情”并“看到”视野中的监视目标，同时通过自身的智能化识别算法判断出这些被监视目标的行为是否存在安全威胁，对已经出现或将要出现的威胁，及时向综合监控平台或后台管理人员通过声音、视频等类型发出报警。(www.xing528.com)

智能视频分析技术，在国外已经有近10年的发展与应用，国际上比较著名的专业智能视频分析厂商有VCA Technology、ioimage、Object Video、Bosch、Axis，另外IBM、Sony、松下、PELCO、霍尼韦尔、西门子等公司在该领域也有相当有影响力的整体解决方案产品。国内的智能视频分析解决方案厂商主要有海康、大华、宇视、泓申等。智能视频分析技术广泛应用于公共安全相关系统、建筑智能化、智能交通等相关领域。

智能视频分析技术用于视频监控通常有两种方案，第一种是基于智能视频处理器的前端解决方案。在这种模式下，所有的目标跟踪、行为判断、报警触发都是由前端智能分析设备完成，只将报警信息通过网络传输至监控中心。第二种是基于工业计算机的后端智能视频分析解决方案。这种模式下，所有的前端摄像机仅仅具备基本的视频采集功能，而所有的视频分析都必须汇集到后端或者关键节点处由计算机统一处理。市场中，第一种方式应用居多，视频分析设备被放置在IP 摄像机之后，这样可以有效的节约视频流占用的带宽。而基于工业计算机的解决方案只能控制若干关键的监控点，并且对计算机性能和网络带宽要求比较高。

目前，国内监狱广泛使用的闭路监控系统采用矩阵主机控制，通过电视墙监视前端监控画面，采用长延时模拟录像机进行录像和回放。此类传统的视频监控模式，在大多时候只能用于事后取证，无法起到预防、预警的作用。由于监控系统本身属人为操控，从而在监控能力上存在一定的局限性，这些限制因素使视频监控系统或多或少的存在报警精确度差、误报和漏报现象多、报警响应时间长、录像数据分析困难等缺陷，进而导致整个系统安全性和实用性的降低，严格来说，这些都是不足以满足监狱系统这类安全级别要求非常高的场所。

随着计算机技术和网络技术的不断发展进步，高科技手段已经深入各个领域，在推动监狱智能化的建设过程中，监狱也应用较先进的科学技术和先进设备来提高值班人员的工作效率，加强对在押犯罪人员的管理和强化系统内部的管理。目前，包括智能视频分析技术、RFID 射频识别技术、三维电子地图、生物门禁等这些热门技术，可以及时检测出犯人的异常行为，直观了解设备的部署情况，有效弥补因警力不足而造成的空间和时间上的脱管，提前杜绝各类安全隐患。其中智能视频分析是发展较快，并且有广泛需求及应用的技术之一。

目前监狱已经具备基本的电视监控系统。入侵报警系统的设计应根据建筑物的使用功能、建设标准及业主的要求，并贯彻国家已颁布实施的有关“规范”和“标准”，考虑到避免重复建设，可充分利用监狱已有的设备，并综合运用电子信息技术、计算机网络技术、安全防范技术等，构成先进、可靠、经济适用的安全防范体系。

在传统的闭路电视监控模式下，保安人员需要监视的视频画面数量，已经远远超出人的接受能力，导致实际监控效果低下。实验结果表明，在盯着视频画面仅仅20 分钟之后，人眼将对视频画面里95%以上的活动信息视而不见。因此我们需要智能视觉监控来改善监控效果，同时减轻保安人员的负担。这样才能真正将控制中心人员从繁杂的电视监控工作中解脱出来，以便有更多的资源应对可疑现场。所以选择一套成熟可靠的探测产品，对于监狱安防项目的成功有着深刻的意义。

根据监狱安防需求，严密监控区域前端系统的核心是“发现可疑行为”和“摄像”。只有将防患于未然作为设计基础，摄像监控才有更加实际的意义。

智能视频分析系统，改变了以往视频“被动”监控的状态，不仅仅局限于提供视频画面，而且能主动对视频信息进行智能分析、识别和区分物体，可自定义事件类型，一旦发现异常行为或者突发事件能及时地发出警报。其功能应用结合监控实际应用场景的需求，系统采取灵活的对接方式，能较好地达到模拟监控系统与数字监控系统的有效结合。从安全防范角度来说，监区自身具有武警战士等“人防”体系，加上智能视觉监控系统的“技防”体系，“人防”与“技防”密切结合，发挥各自优点，让保安监控体系更加完善。

智能视频分析技术的产业化发展为视频监控智能化提供了绝好的机遇。智能视频分析系统对视频中的异常行为事件进行实时提取和筛选，并及时发出预警，改变了传统视频监控系统只能“监”不能“控”的被动状态，解决了事后取证难的问题，让监控变得更加主动。其相比于传统视频监控系统，智能视频分析系统有更短的反应时间以及更加强大的数据检索和分析功能，使监控能力得到极大的改善。