公安部門的迫切需求，催生了基于目標的智能搜索技術(shù)，目前這一技術(shù)，有望從概念階段，進入產(chǎn)品化階段，進而服務(wù)于社會。

需求原因分析

進入21世紀以來，我國經(jīng)濟持續(xù)保持快速增長，可社會治安問題卻日益復雜，惡性刑事犯罪事件時有發(fā)生，治安問題仍然是當前影響社會和諧穩(wěn)定的突出問題。在復雜嚴峻的形勢面前，公安部門展開了一系列雷霆動作。從科技強警戰(zhàn)略的提出，到城市報警與監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的開展，再到“3111”試點工程，以及大規(guī)模的平安城市建設(shè)，公安視頻監(jiān)控建設(shè)進入黃金期。如今，基于公安內(nèi)網(wǎng)的專網(wǎng)模式和基于社會公共信息網(wǎng)絡(luò)的運營商模式所承載的視頻監(jiān)控點位的規(guī)模不斷擴大，如何將這些資源進行有機聯(lián)網(wǎng)、整合共享、靈活調(diào)閱，并形成視頻監(jiān)控規(guī)模效應(yīng)是一項新的課題。雖然從去年開始，公安部力推視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)及視頻整合共享，但目前公安視頻偵查應(yīng)用中仍面臨著以下幾個重要問題：第一、視頻數(shù)據(jù)未得到很好利用，人、車、物目標搜索識別，視頻分析研判等任務(wù)，靠人工進行，無法有效處理海量視頻數(shù)據(jù)；第二、由于存儲容量限制，視頻數(shù)據(jù)存儲一個月即刪除，關(guān)鍵信息無法得到長時間保存。

公安視頻偵查的困難重重，例如，2012年南京“1.6”案件發(fā)生后，南京警方對相關(guān)視頻圖像進行逐一甄別，最終發(fā)現(xiàn)了嫌疑人的蹤跡。但嫌疑人反偵查能力很強，整個視頻中，嫌疑人都沒有正面出現(xiàn)。這一成果是500多民警，24小時對上萬個小時視頻圖像逐一進行甄別取得的，工作量大，需要的人力多先不談，破案過程中時間是關(guān)鍵，爭取快一分鐘找到線索，對案件的迅速偵破都可能是非常重要的。

視頻監(jiān)控在公安和交通等領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，監(jiān)控破案的報道現(xiàn)如今也很常見。一方面，這些事例從正面體現(xiàn)了視頻監(jiān)控的社會價值；另一方面，這也引發(fā)了更多關(guān)于視頻檢索的深層次需求。實際應(yīng)用過程中，用戶常常希望可以快速地從海量的數(shù)以萬計的監(jiān)控錄像中，快速地找到一些有明顯特征的人或物，就像上文所講的南京持槍搶匪相關(guān)片段。傳統(tǒng)的基于預設(shè)告警和時間的視頻檢索方式，對于這類深層次的需求往往無能為力，在實現(xiàn)這一檢索需求時，傳統(tǒng)的檢索方式顯得比較笨拙，檢索方式不夠“聰明”，這已經(jīng)成為傳統(tǒng)大型監(jiān)控系統(tǒng)視頻資料應(yīng)用中的一個瓶頸。因此，如何快速準確地進行智能的檢索就成為大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，特別是公安破案需要解決的重要課題。考慮到具體案件的復雜性，用戶不僅要求檢索更加“聰明”，而且也要足夠“靈活”。當然，用戶還希望系統(tǒng)能夠盡快完成查詢。一句話，用戶對海量視頻存儲系統(tǒng)的檢索要求是更聰明、更靈活、更快捷。

因此，針對視頻設(shè)施應(yīng)用存在的問題和需求，公安部要求：各級公安機關(guān)要圍繞視頻監(jiān)控技術(shù)的深度應(yīng)用，服務(wù)公安實戰(zhàn)，提升打防績效。對監(jiān)控建設(shè)應(yīng)用的要求，從以硬件建設(shè)為主的第一階段，向以智能應(yīng)用為主要特征的第二階段過渡，解決視頻調(diào)閱慢、分析難的問題，從海量視頻中發(fā)現(xiàn)重要而有價值的線索，快速識別定位目標，挖掘其行動軌跡，從而縮短辦案時間，降低辦案人員的工作強度，提高各部門聯(lián)合作戰(zhàn)效率。公安視頻偵查、治安、情報等業(yè)務(wù)部門應(yīng)該配備具有相應(yīng)智能分析功能的實戰(zhàn)工具和裝備，能進行海量視頻的智能視頻分析、信息檢索、特征識別、圖像增強、報警與監(jiān)控。公安部門的迫切需求，催生了基于目標的智能搜索技術(shù)，目前這一技術(shù)，有望從概念階段，進入產(chǎn)品化階段，進而服務(wù)于社會。

技術(shù)難點

從去年開始，國際上就出現(xiàn)了基于目標的智能視頻監(jiān)控概念，又稱作基于高清衛(wèi)星圖的智能視頻監(jiān)控技術(shù)。它采用高清衛(wèi)星圖作為GIS界面，將系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的攝像機的智能視頻分析結(jié)果，有機地集成在基于高清衛(wèi)星圖的視頻監(jiān)控界面上，能簡單直觀地呈現(xiàn)目標信息，從而大幅提升用戶體驗。該技術(shù)的核心思想就是讓用戶“忘掉”攝像機、“忘掉”井字格形式的傳統(tǒng)監(jiān)控方式，從用戶真正關(guān)心的目標的角度去使用監(jiān)控系統(tǒng)。它的核心技術(shù)是多攝像機協(xié)同和基于高清衛(wèi)星圖的全局信息集成。通過關(guān)聯(lián)不同攝像機之間的視頻分析結(jié)果，集中統(tǒng)一投射到一個集成衛(wèi)星圖平臺，從而幫助監(jiān)控人員克服使用傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)時缺乏全局觀念、眾多信息源、不同視角造成的困惑，能輕松及時地掌控當前的安全態(tài)勢，快速形成響應(yīng)方案?；谀繕说闹悄芤曨l監(jiān)控技術(shù)的兩個支撐技術(shù)是：一是多攝像機（監(jiān)控點）協(xié)同；二是基于衛(wèi)星圖的集成信息的呈現(xiàn)?？偧夹g(shù)包括攝像機目標“握手”、協(xié)同技術(shù)；動態(tài)平臺跟蹤技術(shù)；模式識別技術(shù)；攝像機信息衛(wèi)星圖集成技術(shù)。遺憾的是，時至今日，這個基于高清衛(wèi)星圖的智能視頻監(jiān)控技術(shù)，還沒有落地，國內(nèi)市場上還沒有這種產(chǎn)品。

目前，國內(nèi)安防企業(yè)研發(fā)的智能視頻目標跟蹤系統(tǒng)，其普遍是通過高速球+智能軟件的形式完成的。智能視頻目標跟蹤系統(tǒng)由跟蹤目標，智能高速球，智能目標跟蹤系統(tǒng)，跟蹤監(jiān)控器組成。監(jiān)控攝像機自動跟蹤分為區(qū)域自動跟蹤和鎖定精確跟蹤兩種方式。區(qū)域跟蹤主要是指：如果有物體進入監(jiān)控攝像機的設(shè)定區(qū)域，則跟蹤其運動軌跡，跟蹤超出范圍后，監(jiān)控攝像機自動返回診觀測點進行新一輪的跟蹤。區(qū)域跟蹤功能主要適用于監(jiān)控對象或移動物體較少的環(huán)境，如果有某一移動的人或物體進入攝像機的監(jiān)控范圍，攝像機會對其進行自動跟蹤，但是無法鎖定特定的人物或目標。一旦在該監(jiān)控區(qū)域內(nèi)有多處物體同時移動時，監(jiān)控攝像機則會把目標物體跟丟。

鎖定跟蹤，即用戶指定目標后，監(jiān)控攝像機會自動跟蹤該物體的運動軌跡。鎖定跟蹤技術(shù)是通過模板匹配算法實現(xiàn)的，它在廣場這類大范圍、人流量高的區(qū)域內(nèi)也能有很好的監(jiān)控效果，只要手動鎖定被跟蹤的目標之后，即便有其它移動物體在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)也不會跟丟診先鎖定的目標。鎖定跟蹤可設(shè)定為手動鎖定和自動鎖定。手動鎖定跟蹤通過鼠標在屏幕上對跟蹤目標籠一個框，就鎖定跟蹤該目標。無論該目標運動或靜止，都對其它移動物體進行自動跟蹤，跟蹤快速而且流暢。即使在屏幕上出現(xiàn)多個移動物體，球機也不會對其進行跟蹤。該功能適用于復雜環(huán)境下的治安監(jiān)控。例如，抓小偷。若在監(jiān)控籠面上發(fā)現(xiàn)一小偷在行竊，只要對該小偷圖像籠一個框，進行手動鎖定，球機就會只跟蹤小偷，而不會去跟蹤被扒竊的受害者，有利于及時得知小偷去向，為順利抓捕爭取有利時機。

而移動自動鎖定跟蹤則自動跟蹤第一個移動目標，即誰先動就跟誰。若第一個移動目標停下來，有第二個目標移動，就會自動跟蹤第二個移動目標，跟蹤快速而流暢。該功能適用于無人值守場合，如金庫、軍火庫、電站等重要場所。

實事求是地說，國內(nèi)研發(fā)的智能視頻目標跟蹤系統(tǒng)的功能是比較簡單的，不能滿足公安迅速尋找有用線索的需求。要提升系統(tǒng)功能，適應(yīng)新的需求，就必須攻克一些技術(shù)難點。

單球機跟蹤技術(shù)

單球機智能跟蹤的技術(shù)關(guān)鍵點，主要是智能算法、球機控制技術(shù)這兩部分。

智能算法的關(guān)鍵是對包含運動目標的圖像序列進行分析處理，其核心技術(shù)就是對場景中活動目標的檢測、跟蹤、識別，以及進一步的行為分析及事件檢測。目標跟蹤的目的就是通過對視頻數(shù)據(jù)的處理與分析，將圖像序列中不同幀內(nèi)同一運動目標關(guān)聯(lián)起來，從而計算出目標的運動參數(shù)，如位置、速度、加速度以及運動軌跡等。

現(xiàn)有的運動目標檢測方法可以歸納為四種：背景減除法、時間差分法、光流法和運動能量法。這些算法在現(xiàn)有的各類智能視頻分析產(chǎn)品中已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用，表現(xiàn)形態(tài)為絆線入侵、區(qū)域入侵、電子圍欄、徘徊檢測、物品遺留、物品搬移等多種行為檢測功能。

如要實現(xiàn)對目標的跟蹤，需要應(yīng)用一些數(shù)學工具，在連續(xù)的圖像幀間創(chuàng)建基于位置、速度、形狀、紋理、色彩等有關(guān)特征的對應(yīng)匹配關(guān)系。目前，就跟蹤人身對象而言，有跟蹤如手、臉、頭、腿等身體部分，以及跟蹤整個人體；就跟蹤視角而言，有對應(yīng)單攝像機的單一視角、對應(yīng)多攝像機的多視角和全方位視角；另外也可以通過跟蹤空間（二維或三維）、跟蹤目標類別（人、汽車等）、攝像機狀態(tài)（運動或固定）等方面進行分類。

球機控制技術(shù)，主要是指對云臺的運動角速度、鏡頭變倍的倍率與速度等機械運動部件的控制，需要與智能跟蹤算法相結(jié)合，以實現(xiàn)跟蹤平滑、倍率適當、目標比例合適等良好的視覺效果。

多球機聯(lián)動跟蹤技術(shù)

多球機聯(lián)動跟蹤是實現(xiàn)目標提取、目標關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)。多球機聯(lián)動跟蹤技術(shù)，是以單球機智能跟蹤技術(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的單點式監(jiān)控，提升為系統(tǒng)內(nèi)對單個目標的無縫式接力跟蹤，配合電子地圖的使用，能夠輕易的實現(xiàn)對高安全等級區(qū)域的無縫式跟蹤，并實現(xiàn)目標軌跡描繪、犯罪行為預警等高等級的安保需求。多球機聯(lián)動跟蹤技術(shù)的實現(xiàn)，需要首先具備多目標識別與跟蹤技術(shù)。在應(yīng)用中，通常設(shè)定一臺球機作為發(fā)起點，對廣域范圍內(nèi)目標進行的智能行為分析，并將同時監(jiān)控的多個目標按照既定的策略進行排序，并按照先后順序，指揮智能跟蹤球機逐個跟蹤監(jiān)控目標。與單目標跟蹤相比，多目標跟蹤技術(shù)的關(guān)鍵點是數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題，即建立一個統(tǒng)一的坐標系，使得發(fā)起球機可以將目標的坐標信息傳遞給跟蹤球機，實現(xiàn)聯(lián)動跟蹤。

多目標跟蹤的過程可以劃分為以下幾部分：

數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：在觀測數(shù)據(jù)和目標之間建立起對應(yīng)關(guān)系。常見的方法有最近鄰算法、聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)濾波器、多假設(shè)跟蹤算法。

狀態(tài)估計：通常將多目標跟蹤問題轉(zhuǎn)化成對多個單目標的跟蹤過程，并建立相應(yīng)的狀態(tài)空間模型。為每個目標分配一個單目標跟蹤器，相互獨立地跟蹤每個目標，通過設(shè)計一些特殊的方法來處理目標之間的交互和遮擋問題。

坐標傳遞：在關(guān)聯(lián)的球機之間建立統(tǒng)一的坐標系。

在多目標監(jiān)控場景中，提取目標的位置和運動軌跡信息，發(fā)送給下一個球機，下一個球機根據(jù)目標的位置和運動軌跡信息跟蹤鎖定目標。

另外，多目標跟蹤技術(shù)在實際的應(yīng)用中，還需要重點優(yōu)化和改進以下方面：提升算法的效率，以實現(xiàn)同時能夠跟蹤盡量多的目標；需要改進算法的抗干擾性能，以減輕光線變化、影子、目標間遮擋等常見的干擾因素；需要能夠?qū)γ總€目標排定警戒優(yōu)先級，以使球機在跟蹤時能夠及時切換到威脅等級更高的目標。

智能視覺自動跟蹤技術(shù)

在安防監(jiān)控應(yīng)用中是Pan/Tilt/Zoom的簡寫，代表云臺全方位（上下、左右）移動及鏡頭變倍、變焦控制。自主自動PTZ智能跟蹤，可以使攝像機對自身的云臺和變焦鏡頭進行自主PTZ驅(qū)動，并自動控制PTZ攝像機的進行云臺全方位旋轉(zhuǎn)和鏡頭縮放，針對被鎖定的運動目標進行視覺導向的自動跟蹤，以確保跟蹤目標持續(xù)以放大特寫畫面出現(xiàn)在鏡頭中央，這樣警衛(wèi)人員可以更清晰的看到信息，同時還可以用于事后取證。自動PTZ跟蹤模塊彌補了固定攝像機監(jiān)控視野狹窄的缺點，是完善的安全監(jiān)控系統(tǒng)所必備的功能。

智能視覺PTZ自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)具有目標分析功能，并配有高分辨率攝像機、大倍率光學變焦鏡頭和高轉(zhuǎn)速云臺，可以快速、準確的自動捕捉到可疑目標。通過設(shè)置預置位智能視覺PTZ自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)預置位掃描、自動巡航等功能，還能實現(xiàn)智能監(jiān)控的諸多特殊要求。另外智能視覺PTZ自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)還具有外型美觀、隱蔽性強等優(yōu)點，因此十分適用于機場、廣場、軌道交通、別墅區(qū)、政府行政單位、軍區(qū)、博物館等各類型場所的治安智能監(jiān)控應(yīng)用。

發(fā)展前景

如今，在中國，社會的總體形勢是和諧、光明的，但隨著城市流動人口的增多，社會貧富差距的拉大，惡性違法犯罪事件常有發(fā)生，治安問題仍不容小覷。為此，國家每年拿出一大筆錢搞維穩(wěn)工作，各省市視頻監(jiān)控的點位也只會繼續(xù)增加，覆蓋的面也將越來越廣，基于目標的智能搜索監(jiān)控技術(shù)將是未來的熱點，也是未來必須攻克的技術(shù)高地。一些安防企業(yè)，早在幾年前，就開始進行多目標跟蹤監(jiān)控系列產(chǎn)品的研發(fā)和運營，有企業(yè)已取得不錯的成績。

例如，在今年5月份的上海安防展上，上海安奎拉視頻技術(shù)有限公司推出了一款LockOn智能多目標跟蹤抓拍監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是國內(nèi)唯一自主研發(fā)的等效超高清多目標智能跟蹤特寫抓拍監(jiān)控系統(tǒng)，從根本上解決了視頻監(jiān)控的瓶頸。安奎拉智能球機能夠通過算法，可以完全自動的實現(xiàn)跟蹤特寫抓拍。槍機可能30米外很難看清楚，而且有一定的視角范圍，而智能球機在一定范圍內(nèi)可以實現(xiàn)全監(jiān)控，并且能抓拍該范圍內(nèi)的所有移動目標特寫，這是一種圖像處理技術(shù)，計算量很大，在監(jiān)控范圍內(nèi)有東西移動就可以根據(jù)背景的變化來抓拍，尤其適合于大片區(qū)域的監(jiān)控，相當于巡邏。安奎拉研發(fā)的智能多目標跟蹤抓拍監(jiān)控系統(tǒng)，目前由于價格高昂，還無法實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

某業(yè)內(nèi)人士告訴記者，目標識別與跟蹤技術(shù)在監(jiān)控市場中還屬于新興的技術(shù)類型，但其良好的市場發(fā)展勢頭和廣闊的市場前景是可以預見的，隨著技術(shù)研究的不斷深入，會有越來越多的廠商和產(chǎn)品加入到這一領(lǐng)域，共同推進這一市場的蓬勃發(fā)展。

結(jié)束語

隨著視頻監(jiān)控技術(shù)迅速發(fā)展，以及行業(yè)之間壁壘的消除，尤其是安防與IT、通信以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的融合，整體安防視頻監(jiān)控也面臨巨大的變化。新的技術(shù)變革，不僅快速提升了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的質(zhì)量，如更高的像素、更寬的監(jiān)控范圍，更高的解析度等，而且也創(chuàng)造了新的應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)寬帶的普及使視頻監(jiān)控逐漸從本地監(jiān)控向遠程監(jiān)控發(fā)展，IT軟件技術(shù)的引入讓監(jiān)控智能化成為現(xiàn)實。

然而，廣泛的視頻監(jiān)控應(yīng)用，帶來視頻數(shù)據(jù)爆炸式地增長，光靠人眼識別可疑跡象遠遠不夠，事后靠人工手動查驗更是越來越困難，將被動監(jiān)控變?yōu)橹鲃臃绞剑O(jiān)控智能化應(yīng)用首當其沖。因此在滿足高清監(jiān)控的前提下，監(jiān)控必須與智能分析技術(shù)、芯片技術(shù)、圖像傳感器技術(shù)、視頻技術(shù)、通信技術(shù)相結(jié)合，提高監(jiān)控效能，優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)、提高預警能力?；谀繕说闹悄芤曨l搜索技術(shù)將是未來的發(fā)展方向，相信過不了幾年，自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)將成為監(jiān)控的主流。