袁亞哲

摘要：傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)入侵技術(shù)雖然在設(shè)備配置和維護(hù)要求上比較簡(jiǎn)單，但整個(gè)安防系統(tǒng)的安全性有限。傳統(tǒng)的探測(cè)器往往是進(jìn)行被動(dòng)檢測(cè)，無(wú)法布防區(qū)域的狀態(tài)展開(kāi)綜合分析。數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展使得整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部具有存儲(chǔ)機(jī)制，可以對(duì)每一幀圖像信息展開(kāi)處理和壓縮，完成異常檢測(cè)，將異常信息保存為特定格式的數(shù)據(jù)記錄。文章基于現(xiàn)代安防系統(tǒng)的技術(shù)要求，分析數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用模式，發(fā)揮其應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代安防系統(tǒng)；數(shù)字圖像處理技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU473中圖分類號(hào)? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文獻(xiàn)標(biāo)志碼

0 引言

社會(huì)已經(jīng)邁入了數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的智能時(shí)代，很多智能化的產(chǎn)品和設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。在全民安防概念深入人心之后，數(shù)字圖像處理技術(shù)作為一種非常有效的安防輔助手段，在各個(gè)行業(yè)當(dāng)中扮演了關(guān)鍵角色。時(shí)至今日，數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)成為功能強(qiáng)大的系統(tǒng)，朝著交互化和綜合化的趨勢(shì)不斷推進(jìn)。因此，技術(shù)人員需要提升整個(gè)系統(tǒng)的功能和監(jiān)控性能，提升安防系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。

1 現(xiàn)代安防系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)需求

1.1 系統(tǒng)綜合分析

在應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)之前，技術(shù)人員需要對(duì)現(xiàn)代安防系統(tǒng)的布設(shè)方案展開(kāi)整體評(píng)估。安防系統(tǒng)最為普遍的防范措施就是配置各種類型的報(bào)警探測(cè)器，這類探測(cè)器的靈敏度較高，布設(shè)技術(shù)要求簡(jiǎn)單，但也因此產(chǎn)生了一定的問(wèn)題和缺陷。例如：為了達(dá)到較好安防的效果，需要在各個(gè)防范區(qū)域同時(shí)安裝探測(cè)器，布網(wǎng)范圍較大。另外，傳感器監(jiān)測(cè)只能被動(dòng)地在入侵產(chǎn)生之后，才能發(fā)現(xiàn)和報(bào)警，鑒別能力有限，并不能發(fā)揮聯(lián)動(dòng)監(jiān)控功能，無(wú)法用數(shù)據(jù)手段存儲(chǔ)關(guān)鍵信息證據(jù)。

未來(lái)的安防系統(tǒng)應(yīng)該以智能化為根本要求自動(dòng)監(jiān)測(cè)區(qū)域，內(nèi)環(huán)境存在異常后可以及時(shí)報(bào)警，將異常信息傳達(dá)給用戶端采取止損措施，而不需要額外部署種類較多的安防設(shè)備。除此之外，安防系統(tǒng)要基于圖像處理技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)等準(zhǔn)確檢測(cè)出異常入侵和區(qū)域入侵信息，不產(chǎn)生過(guò)多的漏報(bào)和誤報(bào)問(wèn)題。在功能定制和功能擴(kuò)展方面，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求全部應(yīng)由用戶端進(jìn)行定制，既可以在小區(qū)域內(nèi)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，也可以在遠(yuǎn)程進(jìn)行大規(guī)模遙控，使得系統(tǒng)不受地理位置和區(qū)域的嚴(yán)格限制［1］。

雖然在數(shù)字圖像處理技術(shù)的幫助下，整個(gè)安防系統(tǒng)能夠發(fā)揮應(yīng)有的功能和價(jià)值，但也要考慮可能存在的局限性，例如區(qū)域監(jiān)控范圍、系統(tǒng)擴(kuò)展能力和系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等。未來(lái)的數(shù)字監(jiān)控圖像系統(tǒng)將以視頻錄像為核心，充分利用數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)來(lái)取代傳統(tǒng)的圖像分割，能夠具備多模塊處理能力，提升性能的穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的范圍。在經(jīng)過(guò)整合數(shù)字和模擬之后，可獲取兼容性較高的系統(tǒng)平臺(tái)，真正意義上實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式的數(shù)字圖像監(jiān)控，也可以進(jìn)行多級(jí)視頻管理。

1.2 系統(tǒng)方案選擇和技術(shù)要求

以企業(yè)的安防標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，企業(yè)的安防系統(tǒng)中需要進(jìn)行視頻監(jiān)控和基礎(chǔ)的防火防盜監(jiān)控。傳統(tǒng)的系統(tǒng)配置了專門的攝像頭探測(cè)器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鞯冉K端設(shè)備，盡管技術(shù)要求較低，但安裝過(guò)程比較復(fù)雜且調(diào)試難度較大，機(jī)動(dòng)性不足。如果能夠采用基于人工智能或是數(shù)字圖像處理技術(shù)的視頻分析算法，就可以在視頻監(jiān)控的同時(shí)分析是否存在盜竊或異常入侵等事件。

現(xiàn)代企業(yè)的安防系統(tǒng)內(nèi)部要配置對(duì)應(yīng)的報(bào)警模塊。常見(jiàn)的報(bào)警系統(tǒng)信息傳輸方式有4種類型：有線網(wǎng)絡(luò)傳輸、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸、專線網(wǎng)絡(luò)傳輸、公共網(wǎng)絡(luò)傳輸。其中，有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟季€比較復(fù)雜，系統(tǒng)管理和系統(tǒng)維護(hù)難度較大；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳輸范圍有限；專線網(wǎng)絡(luò)一般應(yīng)用于某些大型企業(yè)或工廠的報(bào)警信號(hào)傳輸。相比而言，公共網(wǎng)絡(luò)的主要構(gòu)成以寬帶網(wǎng)為主，組網(wǎng)可單獨(dú)使用，具有較高的網(wǎng)絡(luò)普及率，能夠適合現(xiàn)代安防系統(tǒng)的信息傳輸和監(jiān)控要求。在現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)化媒體監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，安防系統(tǒng)不僅要有高性能的監(jiān)控終端支持，而且要配備合理的數(shù)字圖像處理技術(shù)和多媒體信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各類視頻信息、音頻信息和數(shù)據(jù)信息的傳輸。在這一方面，國(guó)外的研究起步時(shí)間較早，已經(jīng)配置了成熟的嵌入式攝像設(shè)備端口，采用小波壓縮方法性能良好。嵌入式技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，使得更多高性能的芯片能夠在數(shù)字圖像處理方面扮演關(guān)鍵角色。

為了提升安防系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)人員通常會(huì)選擇數(shù)字圖像處理技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行綜合分析。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)得到深入發(fā)展之后，計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論開(kāi)始被提及，通過(guò)圖像處理和圖像識(shí)別的方式，以機(jī)器為主體進(jìn)行視覺(jué)分析［2］。整體來(lái)看，圖像處理當(dāng)中的大多數(shù)方法適用性廣泛，例如點(diǎn)運(yùn)算彩色技術(shù)和鄰域增強(qiáng)都有著各自的應(yīng)用范圍。在很多情況下，數(shù)字圖像處理技術(shù)還會(huì)與機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行配合，讓計(jì)算機(jī)具有一定的自主學(xué)習(xí)能力，利用數(shù)據(jù)規(guī)律對(duì)未知數(shù)據(jù)和后續(xù)的活動(dòng)動(dòng)態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，隨著預(yù)測(cè)工作的經(jīng)驗(yàn)積累，預(yù)測(cè)結(jié)果的質(zhì)量將不斷提升。

1.3 系統(tǒng)模塊概述

從系統(tǒng)的整體要求來(lái)看，基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的安防系統(tǒng)采用的是分布式結(jié)構(gòu)和獨(dú)立系統(tǒng)，每個(gè)用戶都有專門的組網(wǎng)模塊，可以在后期進(jìn)行定制和拓展。另外，基于隱私層面的要求，在發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，系統(tǒng)雖然會(huì)將數(shù)據(jù)直接保存在本地的PC設(shè)備之上，但也可以設(shè)計(jì)出專門的客戶端來(lái)展開(kāi)個(gè)性化定制。在視頻數(shù)據(jù)采集模塊、算法處理模塊、報(bào)警模塊和異常數(shù)據(jù)模塊的幫助之下，安防系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了有效的人機(jī)信息交互。通過(guò)數(shù)字圖像處理技術(shù)提供的信息，技術(shù)人員可以了解到設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備功能配置、監(jiān)控參數(shù)、存儲(chǔ)功能等。為了降低模塊之間的耦合，提升系統(tǒng)的可拓展性，在數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，技術(shù)人員會(huì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體的功能劃分和層次劃分，以數(shù)據(jù)管控的方式，避免程序大規(guī)模冗余，避免模塊相互調(diào)用。

在成功登錄系統(tǒng)之后，管理員就可以申請(qǐng)視頻錄像請(qǐng)求，通過(guò)定時(shí)錄像或手動(dòng)錄像的方式獲取安防系統(tǒng)范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)信息。視頻存儲(chǔ)對(duì)象接收到錄像請(qǐng)求之后，就會(huì)調(diào)用對(duì)應(yīng)的傳輸設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備迎合該請(qǐng)求。基于事件本身向?qū)ο蠓祷匦畔⑻幚斫Y(jié)果，管理組件繼續(xù)將處理后的結(jié)果重新反饋給用戶端，完成安防循環(huán)。無(wú)論是手動(dòng)錄像，還是自動(dòng)定時(shí)錄像，其圖像功能和圖像價(jià)值不會(huì)產(chǎn)生沖突。

2 現(xiàn)代安防系統(tǒng)當(dāng)中數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)分析

基于系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)分析，可以將整個(gè)系統(tǒng)劃分為不同的模塊。需注意的是系統(tǒng)的硬件平臺(tái)可直接通過(guò)電腦設(shè)置開(kāi)機(jī)自動(dòng)運(yùn)行。

2.1.1 圖像采集模塊

數(shù)字圖像處理工作當(dāng)中所涵蓋的基礎(chǔ)工作就是圖像采集。攝像設(shè)備可以根據(jù)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，將監(jiān)控視頻通過(guò)交換機(jī)傳輸給后臺(tái)系統(tǒng)。如果系統(tǒng)只有一個(gè)監(jiān)控設(shè)備，交換機(jī)可以直接省略傳輸過(guò)程，將信息直接接入PC端。后臺(tái)得到視頻流之后，會(huì)將視頻解析為一幀一幀的圖像數(shù)據(jù)再進(jìn)行算法處理。如果后臺(tái)無(wú)法正確獲取視頻信息，就會(huì)進(jìn)行系統(tǒng)報(bào)警，讓用戶端檢查監(jiān)控設(shè)備和圖像采集模塊是否保持正常工作狀態(tài)。假設(shè)系統(tǒng)當(dāng)中有多個(gè)攝像設(shè)備同時(shí)工作，則系統(tǒng)會(huì)提取每個(gè)攝像設(shè)備所采集的視頻流幀數(shù)等詳細(xì)屬性，從視頻流中解碼出圖像二進(jìn)制數(shù)據(jù)［3］。每個(gè)攝像設(shè)備采集模塊獲得的共享數(shù)據(jù)都可以進(jìn)行預(yù)處理，如展開(kāi)圖像、縮放圖像、灰度處理等，從而降低運(yùn)算數(shù)據(jù)量，保障系統(tǒng)工作效率。圖像采集技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中可以精確識(shí)別物體，將灰度圖像看作是圖像強(qiáng)度信息。考慮到某些同類物體會(huì)有不同的顏色，系統(tǒng)涉及的圖像算法都會(huì)對(duì)圖像進(jìn)行灰度處理。

人機(jī)交互模塊的主要工作區(qū)域是安防系統(tǒng)的軟硬件功能部分，人機(jī)交互可直接控制報(bào)警模塊或其他關(guān)鍵模塊，以各個(gè)模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)交互的方式減少模塊的直接調(diào)用，降低耦合度。

2.1.2 算法模塊

智能算法模塊是整個(gè)數(shù)字圖像處理技術(shù)當(dāng)中的關(guān)鍵點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)從數(shù)據(jù)采集模塊當(dāng)中獲取數(shù)字圖像信息，對(duì)圖像信息或視頻展開(kāi)算法分析。例如：在安防系統(tǒng)檢測(cè)到有火災(zāi)等自然災(zāi)害時(shí)，就可以將火災(zāi)發(fā)生過(guò)程當(dāng)中的火焰形狀、火焰靜態(tài)特征、火焰動(dòng)態(tài)特征、火焰顏色信息等展開(kāi)算法分析，從而正確識(shí)別出火災(zāi)的產(chǎn)生，減少區(qū)域內(nèi)遭受火災(zāi)的可能性。在火災(zāi)尚未完全形成時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧，基于數(shù)字圖像的火災(zāi)煙霧探測(cè)方案可以直接從圖像序列當(dāng)中識(shí)別對(duì)應(yīng)的煙霧信息，獲取煙霧顏色特征、背景模糊特征和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)特征等，在融合煙霧擴(kuò)散情況、煙霧顏色以及背景區(qū)域紋理之后，更加準(zhǔn)確地提升煙霧識(shí)別率，提前做好火災(zāi)預(yù)防［4］。

2.1.3 報(bào)警模塊

在數(shù)字圖像系統(tǒng)檢測(cè)到異常之后，就會(huì)通過(guò)報(bào)警的方式提醒用戶端，即便用戶本身距離較遠(yuǎn)也可以將報(bào)警信息或現(xiàn)場(chǎng)圖片發(fā)送給指定用戶端。例如：當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到異常之后，系統(tǒng)內(nèi)會(huì)啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的燈光設(shè)備或遠(yuǎn)程遙控報(bào)警，產(chǎn)生對(duì)象威懾。某些安防系統(tǒng)還會(huì)與本地的警務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，系統(tǒng)會(huì)直接自動(dòng)撥打119或110。

2.1.4 數(shù)據(jù)模塊

當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到異常之后，會(huì)按照用戶的配置要求將異常的現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面或視頻資料進(jìn)行保存，按照時(shí)間順序進(jìn)行縮放處理。如果存儲(chǔ)空間已滿，那么會(huì)讓新的數(shù)據(jù)覆蓋舊的數(shù)據(jù)，保證空間的可重復(fù)利用。系統(tǒng)在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)會(huì)獲取當(dāng)前的設(shè)備信息和設(shè)備配置參數(shù)信息。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)將所有的設(shè)備功能列表和設(shè)備參數(shù)列表包含在內(nèi)。技術(shù)人員不需要開(kāi)啟所有的設(shè)備功能。在確定整個(gè)安防系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)要求和運(yùn)行時(shí)間要求之后，可基于系統(tǒng)精確度需求，保障系統(tǒng)性能的性價(jià)比，關(guān)閉一些作用較小的功能［5］。如果系統(tǒng)內(nèi)檢測(cè)到數(shù)據(jù)異常時(shí)，整個(gè)數(shù)字圖像處理，會(huì)以算法分析為基礎(chǔ)提供兩種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，一是按照既有的時(shí)間段設(shè)定存儲(chǔ)信息，二是自由設(shè)定分辨率，完成智能存儲(chǔ)。

2.2 數(shù)字圖像用戶管理模塊

在進(jìn)入安防系統(tǒng)之后，管理人員可以得到對(duì)應(yīng)的維護(hù)和修改信息，將需要的信息發(fā)送給申請(qǐng)信息的對(duì)象。整個(gè)數(shù)字圖像處理技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，除了可以完成用戶權(quán)限設(shè)定之外，還可以對(duì)相同權(quán)限的用戶進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，或是建立分組，設(shè)定權(quán)限，讓具有權(quán)限的用戶完成對(duì)應(yīng)的權(quán)限訪問(wèn)。同時(shí)，用戶管理模塊還可以設(shè)置某些用戶對(duì)某些設(shè)備的專門管理權(quán)限，可根據(jù)需要自行選擇。

2.3 監(jiān)控模塊與錄像存儲(chǔ)

監(jiān)控模塊會(huì)根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求確定監(jiān)控范圍，在進(jìn)行視頻監(jiān)控之后，可以完成監(jiān)控信息反饋，管理組件按照請(qǐng)求的信息類型把對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的對(duì)象。在整個(gè)數(shù)字監(jiān)控模塊的前臺(tái)界面，可以對(duì)錄像存儲(chǔ)要求進(jìn)行管理，并且隨時(shí)查看錄像信息將其下載到本地。無(wú)論是手動(dòng)錄像還是定期錄像，都可以指定錄像路徑或錄像內(nèi)容。在系統(tǒng)中設(shè)置定時(shí)聯(lián)動(dòng)功能和觸發(fā)功能，勾選報(bào)警模塊或布防模塊。現(xiàn)階段，很多安防系統(tǒng)中還設(shè)置專門的音頻服務(wù)或會(huì)議服務(wù)功能。由此可知，整個(gè)監(jiān)控模塊和錄像存儲(chǔ)要求做好人員和區(qū)域入侵檢測(cè)、本地報(bào)警或遠(yuǎn)程報(bào)警檢測(cè)、圖像采集和視頻存儲(chǔ)等。整個(gè)監(jiān)控模塊和錄像存儲(chǔ)在滿足高精度的同時(shí)具有非常短的響應(yīng)時(shí)間，可達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求［6］。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用都要滿足一般的配置需求，否則會(huì)導(dǎo)致某些常用PC端或設(shè)備無(wú)法發(fā)揮良好的監(jiān)控能力，影響安防系統(tǒng)的工作性能和參數(shù)等。

3 結(jié)語(yǔ)

基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的安防系統(tǒng)可通過(guò)人工智能算法等多個(gè)技術(shù)模塊，配置人員檢測(cè)區(qū)域入侵檢測(cè)、智能報(bào)警檢測(cè)等多項(xiàng)功能。系統(tǒng)的精度高，反應(yīng)速度快，各項(xiàng)指標(biāo)都能夠達(dá)到既定的水準(zhǔn)。在確定整個(gè)系統(tǒng)的功能與性能需求之后，可利用數(shù)字圖像處理技術(shù)提出人機(jī)交互和數(shù)據(jù)應(yīng)用層面的策略方案。

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（編輯 王永超）

Application research of digital image processing technology in modern security system

Yuan? Yazhe

（School of Information Engineering， Zhengzhou Technology and Business University， Zhengzhou 453003， China）

Abstract：? Although the traditional security system intrusion technology is relatively simple in equipment configuration and maintenance requirements， the security of the entire security system is limited， and traditional detectors are often passive detection， which can not be deployed in the region of the state of comprehensive analysis. With the development of digital image processing technology， the whole system has a storage mechanism， which can process and compress every frame of image information to complete anomaly detection， and the exception information is then saved as a data record in a specific format. This research will also analyze the application mode of digital image processing technology based on the technical requirements of modern security system， and bring its due economic and social benefits into play.

Key words： modern security system; digital image processing technology; application