杜翠鳳　蔣仕寶

【摘? 要】計算機視覺與感知在未來智慧城市的安防中將發(fā)揮巨大的作用，介紹了計算機視覺與感知在智慧安防中已經(jīng)存在的應(yīng)用，并根據(jù)當(dāng)前智慧安防的需求以及計算機視覺與感知的原理，探索計算機視覺與感知在未來智慧安防中的新應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】智慧安防;計算機視覺與感知;虛實融合

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.03.015? ? ? ? 中圖分類號：TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-1010（2020）03-0078-07

引用格式：杜翠鳳， 蔣仕寶. 計算機視覺與感知在智慧安防中的應(yīng)用[J]. 移動通信， 2020，44（3）： 78-84.

Application of Computer Vision and Perception in Intelligent Security

DU Cuifeng，? JIANG Shibao

（GCI Science & Technology Co.， Ltd.， Guangzhou 510310， China）

[Abstract]?Computer vision and perception will play an important role in the security of intelligent cities in the future. This paper will introduce the application of computer vision and perception in intelligent security， and explore the new application of computer vision and perception in future intelligent security according to the current needs of intelligent security and the principle of computer vision and perception.

[Key words]intelligent security; computer vision and perception of virtual; reality fusion

0? ?引言

2015年，國家9部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加強公共安全視頻監(jiān)控建設(shè)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用工作的若干意見》，明確了公共安全視頻監(jiān)控建設(shè)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的總目標(biāo)：2020年實現(xiàn)“全域覆蓋、全網(wǎng)共享，全時可用、全程可控”的總目標(biāo)。隨后，繼平安城市建設(shè)之后的“雪亮工程”成為當(dāng)前智慧安防市場發(fā)展的主要動力，通過人工智能技術(shù)和視頻智能分析技術(shù)的結(jié)合，目前智慧安防系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入了以數(shù)據(jù)分析為核心的情報驅(qū)動智能決策階段[1]，通過對實時的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取和感知，結(jié)合人工智能學(xué)習(xí)與決策的方法，實現(xiàn)安防管理的自動化、敏捷化、智能化。

以上趨勢預(yù)示著中國的安防建設(shè)將朝著自動化、敏捷化、智能化方向發(fā)展，但是，智慧安防的建設(shè)需要很多種技術(shù)的支撐，其中計算機視覺與感知在智慧安防中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。本文將列舉當(dāng)前計算機視覺在智慧安防中的具體應(yīng)用，并結(jié)合相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，探索計算機視覺與感知在智慧安防中的新應(yīng)用。

1? ?計算機視覺與感知在智慧安防中的應(yīng)用

1.1? 計算機視覺與感知

作為人工智能的一個子領(lǐng)域，計算機視覺與感知在以智能制造為核心的工業(yè)4.0時代背景下又一次受到學(xué)界的關(guān)注，隨著中國智能制造2025戰(zhàn)略的推進(jìn)和深入，計算機視覺技術(shù)在智能機器人、無人機、自動駕駛、智能醫(yī)生、智能安防、VR/AR等應(yīng)用領(lǐng)域受到廣泛的應(yīng)用，其作為各種先進(jìn)產(chǎn)品的一雙“慧眼”，幫助各種儀器在未來工業(yè)自動化、智能化的工業(yè)4.0發(fā)展道路上發(fā)揮重要作用 [2-3]。除此之外，計算機視覺與感知還包括對圖像的分析與理解，通過分析圖像的語義表示實現(xiàn)攝像頭對場景視覺信息的快速捕捉和智能理解，形成各個產(chǎn)品的“大腦中樞神經(jīng)”，讓各類產(chǎn)品具備智能化、自動化的特征[4]。

1.2? 計算機視覺與感知在智慧安防中的應(yīng)用

（1）基于人口流量統(tǒng)計的園區(qū)預(yù)警應(yīng)用

根據(jù)園區(qū)各關(guān)鍵卡口的攝像頭所獲取的用戶人臉識別圖像，結(jié)合多攝像機目標(biāo)協(xié)同跟蹤技術(shù)，實現(xiàn)動態(tài)視角下目標(biāo)的快速準(zhǔn)確跟蹤，精準(zhǔn)實現(xiàn)園區(qū)局部區(qū)域人口流量統(tǒng)計與檢測，有效加強園區(qū)密集場所的早期預(yù)警與管理。

（2）可疑人員軌跡追蹤

如何采用當(dāng)前的AI技術(shù)在人群中迅速挑出可疑人員，并發(fā)出報警信號，告知相關(guān)的管理人員當(dāng)前可疑人員的實時軌跡狀態(tài)，實現(xiàn)可疑人員進(jìn)行實時跟蹤和預(yù)警，是計算機視覺與感知在智慧安防中的又一應(yīng)用。通過分析分析人群中每一個個體的步態(tài)和行為，采用計算機視覺與感知技術(shù)進(jìn)行個體的步態(tài)和行為的分析，并將其步態(tài)和行為與AI庫的步態(tài)和行為進(jìn)行匹配，一旦發(fā)現(xiàn)有符合預(yù)定步態(tài)和行為特征的現(xiàn)象，系統(tǒng)會向相關(guān)的管理人員發(fā)送一條告警信息，提醒相關(guān)人員關(guān)注該人員的行為并進(jìn)行實時追蹤[3-4]。

（3）智慧社區(qū)

智慧社區(qū)作為家庭安防技術(shù)的典型應(yīng)用，通過安裝各種傳感器和攝像頭等設(shè)備，為住宅提供一個環(huán)境感知、入侵告警、緊急求助的安防功能。智能家居的設(shè)備都具備環(huán)境感知的功能，并不是光靠用戶提供的冷冰冰的指令被動執(zhí)行工作，而是通過“觀察”用戶的微表情判斷用戶內(nèi)心的真實情緒并主動提供智能化服務(wù)，比如：自主調(diào)節(jié)房間的音樂、調(diào)節(jié)燈光的照明強度以及室內(nèi)的溫度。除此之外，入侵告警和緊急求助的定位技術(shù)應(yīng)用同樣是采用了計算機視覺與感知為核心技術(shù)的智能視頻聯(lián)動和多攝像機的目標(biāo)跟蹤功能而實現(xiàn)的。

（4）智慧養(yǎng)老

智慧養(yǎng)老的服務(wù)主要包括跌倒檢測、夜間檢測、老人行為智能分析。通過計算機視覺與感知技術(shù)，快速提取人體輪廓;然后利用骨骼識別算法快速計算人體的20個關(guān)節(jié)點;通過推理出每個關(guān)節(jié)點的位置來實現(xiàn)骨架狀態(tài)識別，最終實現(xiàn)跌倒監(jiān)測、夜間監(jiān)測、老人行為智能分析。

2? ?計算機視覺與感知在智慧安防的新

應(yīng)用探索

上文介紹了計算機視覺與感知技術(shù)在智慧安防已有的應(yīng)用，但是，隨著VR、AR、觸感等新媒體技術(shù)在創(chuàng)新和發(fā)展，全景視頻技術(shù)、混合現(xiàn)實遠(yuǎn)程交互、虛擬現(xiàn)實視頻技術(shù)將會給智慧安防帶來全新的面貌。視頻監(jiān)控“一張圖”的理念將應(yīng)用于智慧安防的各種應(yīng)用，讓城市自行感覺到人口、交通、能源、設(shè)施以及個體行為的每一個細(xì)節(jié)，結(jié)合管理人員的關(guān)注點，綜合VR、AR技術(shù)快速建模，自動關(guān)注管理人員需要關(guān)注的信息，輔助精準(zhǔn)化決策。在醫(yī)療方面，基于虛實融合的觸感交互技術(shù)，采用人機交互、觸覺、遠(yuǎn)程力反饋、AR及VR技術(shù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程問診和外科手術(shù)的應(yīng)用[5]。下面將根據(jù)智慧安防的發(fā)展趨勢以及現(xiàn)有的技術(shù)特點，重點闡述計算機視覺與感知在智慧安防中的新應(yīng)用。

2.1? 6自由度視頻技術(shù)的人員跟蹤應(yīng)用

結(jié)合AR、VR技術(shù)，安全管理人員對場景的監(jiān)控將不再受限于2D的畫面信息，而是通過實時獲取3D全景信息，結(jié)合周圍的攝像頭，以6自由度視頻的方式呈現(xiàn)給安全管理人員：與場景相關(guān)的數(shù)字信息直接投射到場景中的介質(zhì)中，并將目標(biāo)人員的相關(guān)信息進(jìn)行實時動態(tài)的融合。

當(dāng)安全管理人員需要對密集人群進(jìn)行身份檢測時，不需要穿越人群進(jìn)行現(xiàn)場的查看，只需要在后臺使用“千里眼”進(jìn)行“觀察”，當(dāng)安全管理人員將檢測目標(biāo)進(jìn)行跟蹤鎖定時，系統(tǒng)會自動顯示該人員的性別、與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配得到的身份信息、身高、是否持有武器、之前的軌跡信息以及將要逃竄的軌跡預(yù)測等信息，安全管理人員可以根據(jù)此類信息進(jìn)行實時抓捕。

要實現(xiàn)6自由度視頻技術(shù)的人員跟蹤，需要以下技術(shù)[6]：

（1）基于VR CG的預(yù)渲染技術(shù)，能夠?qū)鼍拔矬w的顏色、材質(zhì)進(jìn)行實時、動態(tài)渲染。

（2）基于深度獲取技術(shù)的追蹤目標(biāo)的定位。當(dāng)前大多采用激光雷達(dá)[7]、多幀圖像視差定位[8]、光場[9]等方法獲取目標(biāo)的定位，但上述方法需要突破目標(biāo)移動所帶來的計算量異常復(fù)雜所導(dǎo)致定位速度不能滿足人員跟蹤的問題。

（3）基于3D重建技術(shù)的2D圖像轉(zhuǎn)換。三維重建是強化模型的逼真度，當(dāng)前3D重建技術(shù)在非自由空間“隨便走”多點拍攝所帶來的海量數(shù)據(jù)處理問題需要進(jìn)一步突破。

2.2? 基于虛實融合的觸感交互技術(shù)的智慧養(yǎng)老

融合人工交互技術(shù)、觸覺技術(shù)、遠(yuǎn)程力反饋、AR及VR技術(shù)的遠(yuǎn)程醫(yī)療將促進(jìn)智慧養(yǎng)老的應(yīng)用。未來的遠(yuǎn)程醫(yī)療并不受限于心率測量、血壓測量等應(yīng)用，還能通過人機交互技術(shù)、力反饋技術(shù)、觸覺技術(shù)、AR及VR技術(shù)實現(xiàn)與現(xiàn)實相似的遠(yuǎn)程問診、外科手術(shù)等應(yīng)用。

（1）基于虛實融合的觸感交互技術(shù)的遠(yuǎn)程問診

在未來的遠(yuǎn)程醫(yī)療中，機器人按照常規(guī)的方式對老人的身體進(jìn)行接觸式的檢查，而“千里之外”的醫(yī)生則借助力反饋[10]、觸感交互[11]等技術(shù)來感知老人的肚子里面腫瘤的硬度和大小。然后，醫(yī)生將告知機器人采用X光等儀器對病人進(jìn)行檢查，并把相關(guān)的信息傳輸?shù)结t(yī)生的手里，實現(xiàn)遠(yuǎn)程問診的應(yīng)用。

（2）基于虛實融合的觸感交互技術(shù)的遠(yuǎn)程手術(shù)

考慮到安全性問題，遠(yuǎn)程手術(shù)不僅需要借助于觸感技術(shù)、遠(yuǎn)程力反饋技術(shù)、人機交互技術(shù)，還需要具備全景變焦和聚焦的3D仿真技術(shù)[12]、精密機械手等智能機械系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)將患者的空間透視圖像、身體狀態(tài)、姿態(tài)等信息實時傳遞給外科醫(yī)生，外科醫(yī)生對患者的部位進(jìn)行虛擬手術(shù)操作，而機械手則利用遠(yuǎn)程力反饋的技術(shù)在現(xiàn)場對患者進(jìn)行實際操作。整個過程需要多種技術(shù)的配合：高速的通信技術(shù)降低手術(shù)的延遲，遠(yuǎn)程精確的力反饋技術(shù)幫助外科醫(yī)生依靠他的云動力來完成高精度的操作，觸感技術(shù)能夠感受到人體柔軟組織，全景變焦和聚焦的3D仿真技術(shù)能夠讓外科醫(yī)生身臨其境，增加沉浸感。

上述的應(yīng)用實質(zhì)上是將醫(yī)生的“手”和“器械”延長，但由于目前的力反饋技術(shù)、觸感技術(shù)、3D仿真技術(shù)以及人機交互技術(shù)發(fā)展不夠成熟，導(dǎo)致遠(yuǎn)程問診的準(zhǔn)確度和使用場景大大受到限制。相信未來隨著AI技術(shù)的快速發(fā)展，虛實融合的觸感交互技術(shù)將會突破限制，為遠(yuǎn)程醫(yī)療帶來更多更好的應(yīng)用

以上分析就是當(dāng)前計算機視覺與感知在智慧安防中尚未實現(xiàn)的應(yīng)用，如果全景的視頻技術(shù)、虛實交互技術(shù)得到突破性發(fā)展，那么計算機視覺與感知將在智慧安防中將會起到顛覆性的作用，與之相關(guān)的應(yīng)用將會大大降低保安、警察、醫(yī)生等人員的工作量，同時也給智慧安防帶來前所未有的體驗。

3? ?結(jié)束語

本文從智慧安防發(fā)展的角度出發(fā)，闡述了計算機視覺與感知在智慧安防中的應(yīng)用：人口流量統(tǒng)計預(yù)警、智慧社區(qū)、可疑人員軌跡追蹤、智慧養(yǎng)老，并結(jié)合當(dāng)前的應(yīng)用，探索智慧安防在未來出現(xiàn)的新應(yīng)用：6自由度視頻技術(shù)的人員跟蹤、虛實融合的觸感交互技術(shù)遠(yuǎn)程問診、虛實融合的觸感交互技術(shù)遠(yuǎn)程手術(shù)。

計算機視覺與感知技術(shù)是當(dāng)前人工智能領(lǐng)域的前沿科學(xué)，是當(dāng)前國內(nèi)外知名公司的研究熱點。從當(dāng)前計算機視覺在智慧安防的應(yīng)用來看，計算機視覺與應(yīng)用的技術(shù)尚待突破，對全景3D信息的構(gòu)建，虛實融合技術(shù)的突破，以及上述技術(shù)與當(dāng)前AI技術(shù)的有機結(jié)合，才能給智慧安防帶來不一樣的體驗。

參考文獻(xiàn)：

[1]? ? ? 劉鑫. AI+安防在智慧城市建設(shè)中的落地應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢淺析[J]. 中國安防， 2018，154（9）： 58-61.

[2]? ? ?張瀟磊. 基于計算機視覺的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)研究[D]. 南京： 南京郵電大學(xué)， 2014.

[3]? ? ?李寞. 人體行為智能監(jiān)控研究及其應(yīng)用[D]. 廈門： 廈門大學(xué)， 2013.

[4]? ? ?屈鑒銘. 智能視頻監(jiān)控中的運動目標(biāo)檢測與跟蹤技術(shù)研究[D]. 西安： 西安電子科技大學(xué)， 2015.

[5]? ? ?楊益平，閔嘯. 基于計算機視覺的手勢識別人機交互技術(shù)[J]. 電子技術(shù)與軟件工程， 2018，134（12）： 154-155.

[6]? ? ?張石磊，陳成軍，李東年，等. 基于增強現(xiàn)實的6自由度工業(yè)機器人示教研究[J]. 機電工程， 2019， 36（1）.

[7]? ? ?趙礦軍. 激光雷達(dá)和攝像機聯(lián)合標(biāo)定應(yīng)用于室內(nèi)場景深度圖像的提取方法[J]. 電子測試， 2018（1）： 49-51.

[8]? ? ?祝風(fēng)翔. 基于圖像的深度獲取方法研究[D]. 杭州： 浙江大學(xué)， 2016.

[9]? ? ?李鵬飛. 基于深度線索和遮擋檢測的光場相機深度估計研究[D]. 杭州： 杭州電子科技大學(xué)， 2018.

[10]? ? 王莉娟. 虛擬手術(shù)力反饋人機交互控制系統(tǒng)研究[D]. 上海： 上海交通大學(xué)， 2010.

[11]? ?王晨. 基于虛擬現(xiàn)實的沉浸式觸覺交互教學(xué)應(yīng)用研究[D]. 長春： 吉林大學(xué)， 2017.

[12]? ? 劉玉影. 基于變焦立體視覺的三維全景圖像生成方法研究[D]. 沈陽： 沈陽理工大學(xué)， 2018.

作者簡介

杜翠鳳（orcid.org/0000-0002-9055-6381）：中級經(jīng)濟(jì)師，碩士畢業(yè)于廣東外語外貿(mào)大學(xué)，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，擅長數(shù)據(jù)挖掘工具的應(yīng)用，研究方向為移動用戶行為分析、移動用戶軌跡分析、人工智能。

蔣仕寶（orcid.org/0000-0001-8751-4896）：中級經(jīng)濟(jì)師，碩士畢業(yè)于中山大學(xué)管理學(xué)院，現(xiàn)任廣州杰賽科技股份有限公司人力資源部部長，長期跟蹤觀察通信行業(yè)發(fā)展，從事運營管理、用戶行為模式分析、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等研究工作。