視頻監(jiān)控進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化、高清化之后，智能化已經(jīng)成為安防技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)熱點(diǎn)。視頻監(jiān)控前后端的智能分析正在安防行業(yè)得到逐步的應(yīng)用，但鑒于二維建模分析原理的局限性，智能分析的準(zhǔn)確度受限于應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜程度及芯片處理器的性能等條件，很顯然，在技術(shù)領(lǐng)域的垂直研發(fā)能力要解決現(xiàn)有的問(wèn)題，并不是一件容易的事。那么，如果從二維的建模思維跳躍到三維的立體空間建模，會(huì)不會(huì)帶來(lái)智能分析技術(shù)領(lǐng)域革新性的發(fā)展?

　　文/趙勇

　　基于三維深度視覺(jué)信號(hào)處理技術(shù)的視覺(jué)傳感器網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于智能分析在場(chǎng)景應(yīng)用中的準(zhǔn)確率將從本質(zhì)上得到提升，并解決用戶從場(chǎng)景監(jiān)控環(huán)境中獲得人的軌跡行為的迫切需求。

　　三維攝像機(jī)的基本性能介紹

　　芯片處理

　　三維攝像機(jī)的智能分析的核心是在前端進(jìn)行人的軌跡跟蹤分析，同時(shí)在后端也開(kāi)放了SDK，將SDK里面的內(nèi)容傳到后臺(tái)的服務(wù)器，客戶可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求在SDK的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

　　建模

　　三維攝像機(jī)產(chǎn)品模型是三維模型，一種是三維的背景模型，在使用的場(chǎng)景中，熱點(diǎn)和熱區(qū)都是屬于三維的。二維只能是在平面上畫一個(gè)禁區(qū)，缺陷在于有時(shí)候人根本沒(méi)有進(jìn)入禁區(qū)，但是當(dāng)人遮擋禁區(qū)的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)，而三維的背景模型可以設(shè)一個(gè)球形、立方形，只要物體沒(méi)有進(jìn)入這個(gè)立方形的幾何邊界，它就不會(huì)報(bào)警。另一種是前景建模，就是對(duì)所看到的物體進(jìn)行形態(tài)的分析，比如一個(gè)人拉著一個(gè)箱子或者推著一輛車，三維攝像機(jī)看到的每個(gè)物體都會(huì)用深度學(xué)習(xí)判斷這個(gè)東西到底是不是人。

　　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化和云計(jì)算

　　三維攝像機(jī)未來(lái)將是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化的產(chǎn)品，在錄像中每個(gè)人從影像出來(lái)的軌跡，都會(huì)變成結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到后臺(tái)的服務(wù)器，而后臺(tái)服務(wù)器的架構(gòu)是標(biāo)準(zhǔn)的云計(jì)算的架構(gòu)。每個(gè)攝像機(jī)自身就是一個(gè)云的Docker，三維攝像機(jī)安裝在銀行時(shí)，由于銀行都使用了標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器結(jié)構(gòu)，運(yùn)營(yíng)起來(lái)不會(huì)有問(wèn)題。而對(duì)于零售機(jī)構(gòu)的后臺(tái)服務(wù)器，因?yàn)橹苯涌梢圆渴鹪谠贫?，所以在開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)，就是按照兼容云的結(jié)構(gòu)去研發(fā)。

　　三維PK二維 智能分析算法優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比

　　要從根本上、光學(xué)上徹底解決二維智能算法準(zhǔn)確率不高的難題，可以從三維計(jì)算機(jī)視覺(jué)去尋求突破。三維計(jì)算機(jī)視覺(jué)是采用了革命性的三維視覺(jué)傳感器和三維視覺(jué)算法，實(shí)時(shí)捕捉和分析場(chǎng)景的三維信息，解決了傳統(tǒng)二維圖像中的相互遮擋、影隨人動(dòng)、比例混淆等問(wèn)題，使得更高精確度和復(fù)雜度的智能分析成為現(xiàn)實(shí)。

　　相互遮擋的問(wèn)題

　　我們知道，現(xiàn)在行業(yè)用的攝像機(jī)是二維的，成像原理是通過(guò)鏡頭實(shí)現(xiàn)小孔成像(如圖1)，然后投影到一個(gè)二維的平面上，以前的平面是膠卷，現(xiàn)在是半導(dǎo)體芯片的數(shù)碼相機(jī)。成像的過(guò)程本質(zhì)是沒(méi)有改變的，一個(gè)三維的世界，壓扁之后放在一個(gè)平面上，從智能算法的角度分析，這個(gè)過(guò)程是造成準(zhǔn)確度下降的核心。比如當(dāng)兩個(gè)人前后有遮擋時(shí)，那么在二維圖形里面要把這兩個(gè)人分開(kāi)來(lái)，難度比較大。而三維的攝像機(jī)，首先傳感器是不一樣的，它捕捉的是三維圖像，每一個(gè)像素都是有顏色的，還有像素代表了物體到相機(jī)的絕對(duì)距離。目前市場(chǎng)的某些攝像機(jī)像雷達(dá)，除了被動(dòng)的成像，還向外主動(dòng)的發(fā)射微波的微觀紅外圖像，相當(dāng)于在場(chǎng)景里發(fā)射出一束激光，打在物體上，返回時(shí)攜帶了物體的幾何信息。攝像機(jī)通過(guò)這種方式得到了立體的圖像，知道什么東西在什么地方，它的結(jié)構(gòu)是怎么樣的。這種數(shù)據(jù)從本質(zhì)上講，給出了更豐富的信息，可以讓攝像機(jī)去處理更復(fù)雜的場(chǎng)景，比如擁擠的場(chǎng)所(如圖2)，即使一個(gè)人被擋住了，他露出的部分，還是可以非常清晰地在圖像里分析出來(lái)，這也是為什么在復(fù)雜的場(chǎng)景中，三維的智能分析對(duì)人的跟蹤遠(yuǎn)遠(yuǎn)比二維的要好。

　　影隨人動(dòng)的問(wèn)題

　　其實(shí)，三維對(duì)光影變化的處理抗噪性特別的好，在視覺(jué)領(lǐng)域，有一個(gè)現(xiàn)象叫“影隨人動(dòng)”，當(dāng)物體的影子比較強(qiáng)烈時(shí)，在二維的圖像里面，影子會(huì)隨著人的移動(dòng)而跟著移動(dòng)，所以要把影子與人分開(kāi)很難，影子容易被誤當(dāng)做人。但是這個(gè)過(guò)程有一點(diǎn)是確定的，那就是影子始終是投影在背景上的，三維的傳感器既然可以捕捉到物體的深度信息，所以即使有一個(gè)影子在背景上，攝像機(jī)也可以通過(guò)計(jì)算該影子與到相機(jī)的距離來(lái)分辨其是否在背景上，對(duì)整體的分析沒(méi)有造成干擾。

　　比例混淆的問(wèn)題

　　在圖像里面，物體的大小與其實(shí)際大小并沒(méi)有關(guān)系，因?yàn)樗€取決于這個(gè)物體到攝像機(jī)的距離(如圖3)。但是在三維圖像里面，可以很精確地知道，這個(gè)物體在什么地方，它有多大多小。三維的攝像機(jī)有一個(gè)絕對(duì)尺度的計(jì)算，有了絕對(duì)尺度之后，就可以做到大小、距離、加速度的測(cè)量等。但在二維攝像機(jī)里，沒(méi)有絕對(duì)的尺度，所有的都是相對(duì)尺度，所以所有的測(cè)量都是相對(duì)的。因此三維攝像機(jī)對(duì)人的行為可以進(jìn)行更精確的測(cè)量，比如人走了多少距離、速度多快、身高多少，在三維分析里面都有非常準(zhǔn)確的測(cè)量。

　　困難重重 三維攝像機(jī)在研發(fā)和應(yīng)用上的難題

　　研發(fā)過(guò)程

　　首先從硬件上講，這是一個(gè)更復(fù)雜的產(chǎn)品，一些產(chǎn)品表面上看是有三個(gè)攝像機(jī)，其實(shí)是兩個(gè)攝像機(jī)加一個(gè)投影儀，投影儀是把紅外激光的影像進(jìn)行投影。而另外兩個(gè)攝像機(jī)，一個(gè)是色彩攝像頭，一個(gè)是紅外攝像頭，紅外攝像頭就與投影儀相互配合，進(jìn)行深度算法分析。

　　其次，從軟件上分析，相比二維更為復(fù)雜，表現(xiàn)在對(duì)人的暴力程度、跌倒行為需要有更深度、精確的算法分析。運(yùn)算量越大，消耗的就越多。

　　另外，當(dāng)前的產(chǎn)品應(yīng)用，主要在室內(nèi)，室外的產(chǎn)品也在研發(fā)當(dāng)中。室內(nèi)與室外最大的差別在于成像原理，而第一代產(chǎn)品是基于紅外結(jié)構(gòu)光譜基礎(chǔ)成像，發(fā)出的紅外光如果在室外，就容易被太陽(yáng)光沖淡?，F(xiàn)在的產(chǎn)品在陰晴的氣候環(huán)境下也可以工作，但在強(qiáng)光下就無(wú)法工作，所以要在室外工作，必須要在成像原理上做突破。

　　場(chǎng)景應(yīng)用

　　安防監(jiān)控在過(guò)去的發(fā)展歷程中主要是鋪設(shè)備和提升攝像機(jī)的分辨率，但是這個(gè)過(guò)程給用戶帶來(lái)了巨大的痛苦——大多數(shù)安防監(jiān)控的數(shù)據(jù)量更大了，而行為分析的能力沒(méi)有得到提升。很多客戶需要更智能的產(chǎn)品，那就是不需要人去監(jiān)看，或者需要人去看的數(shù)據(jù)很少，所以這里蘊(yùn)藏著非常大的市場(chǎng)需求，就是對(duì)人的行為的分析。我們知道，安防監(jiān)控有很多目標(biāo)，但最重要的目標(biāo)是人，很多客戶希望行為分析里能把人的行為看得很清楚。

　　人的行為分很多層次，有些是微觀行為，比如人有沒(méi)有在桌上拿走一張錢，或者他的眉毛有沒(méi)有皺一下，這種非常細(xì)微的行為，這樣的行為分析目前還不能做到。當(dāng)前行業(yè)做的行為分析是基于人的軌跡進(jìn)行分析，比如在銀行里，有兩種需求：第一種需求是在銀行的營(yíng)業(yè)廳里，客戶想知道秩序怎么樣，每個(gè)人在干什么，有沒(méi)有排隊(duì)，有沒(méi)有移動(dòng)過(guò)快，有沒(méi)有異常的接近、跌倒或其他激烈的動(dòng)作。實(shí)踐證明，如果在人群比較擁擠，人與人有遮擋等復(fù)雜的情況下，用二維的智能算法去做分析，精度非常差。

　　第二種需求是在銀行內(nèi)部的操作空間——敏感的現(xiàn)金區(qū)、ATM加鈔間和金庫(kù)。在這些地方客戶有非常強(qiáng)的業(yè)務(wù)需求，比如在加鈔間的款箱被打開(kāi)的時(shí)候，監(jiān)控畫面要確保有兩名工作人員來(lái)完成操作;在金庫(kù)里面，人去了哪些地方，停留了多久……這些業(yè)務(wù)要求需要對(duì)人的行為進(jìn)行檢查和跟蹤，再者如果人蹲了下去，或者人被遮擋了，攝像機(jī)還能精確檢測(cè)到這個(gè)人是誰(shuí)，那就對(duì)智能分析算法的精度的要求比較高。而當(dāng)前傳統(tǒng)的基于二維的智能算法，還不能滿足這些具體的業(yè)務(wù)需求。

　　未來(lái)發(fā)展

　　平安城市或者智慧城市建設(shè)，就是希望把單個(gè)攝像機(jī)所產(chǎn)生的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行鏈接。三維攝像機(jī)有一個(gè)功能“活地圖”，比如一個(gè)地方有一百個(gè)攝像機(jī)，擁有一百個(gè)畫面，但我們不是給客戶看一百個(gè)畫面，而是給他看一個(gè)畫面。里面每一個(gè)人的存在和移動(dòng)都變成了一個(gè)小點(diǎn)，客戶只要看一張圖就可以知道這個(gè)場(chǎng)所發(fā)生了什么事情——人都在哪些地方，哪些地方人多、人少。白天的時(shí)候，客戶就可以利用這些信息對(duì)流量進(jìn)行精確的控制;夜晚的時(shí)候，就是安全需求，當(dāng)有任何人闖進(jìn)空間時(shí)，客戶就可以對(duì)闖入者的位置、行為進(jìn)行監(jiān)控。這就是行業(yè)近期追求的目標(biāo)，把海量的視頻數(shù)據(jù)查閱轉(zhuǎn)變成看一張圖，而更長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)是進(jìn)行人的識(shí)別——身份識(shí)別和人臉識(shí)別。

　　三維攝像機(jī)的身份識(shí)別，要做到當(dāng)一個(gè)人離開(kāi)一個(gè)攝像機(jī)進(jìn)入另外一個(gè)攝像機(jī)時(shí)，三維攝像機(jī)能把他識(shí)別出來(lái)，也就是要判斷和確定兩個(gè)攝像機(jī)里面出現(xiàn)的是同一個(gè)人。而在人臉識(shí)別方面，雖然當(dāng)前的安防監(jiān)控行業(yè)在人臉識(shí)別中有了初級(jí)的應(yīng)用，但是深度的識(shí)別還沒(méi)有成功。

　　(本文作者現(xiàn)任北京格靈深瞳信息技術(shù)有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼CTO)