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從高像素IP攝像機談監(jiān)控系統(tǒng)智能化與集成化的發(fā)展

資訊頻道文章B

本文分析了當前CCTV系統(tǒng)的不足和IP攝像機的世界發(fā)展情況,特別介紹了高像素IP攝像機談監(jiān)控系統(tǒng)智能化與集成化的發(fā)展,供讀者參考。
文/游永慶

視頻監(jiān)控從過去的純模擬技術,到現在模擬與數字混合為主的技術,發(fā)展速度極其驚人。隨著科技快速發(fā)展和信息化、智能化、多樣化應用的需求,無庸置疑,視頻監(jiān)控走向完全數字化(即IP化)將是不遠的事情。人們紛紛預測到2011年左右,世界IP化監(jiān)控系統(tǒng)將占半壁江山,并將快速、最終完全取代模擬系統(tǒng)。

近幾年,國內外CCTV廠家紛紛推出IP攝像機,從市場情況和近期的安防展會來看,歐美企業(yè)似乎比模擬市場占主導地位的日、韓企業(yè)走得快些。瑞典的AXIS,美國的ARECONT、IQINVISION,德國的MOBOTIX,加拿大的LUMENERA等歐美品牌顯然要比日本的SONY、PANASONIC、SANYO,韓國的SAMSUNG、LG在市場上來得閃亮與耀眼。國內的CCTV企業(yè)如大華、??怠⒚骶?、宏天智、恒億等都在開發(fā)自己的IP攝像機,但基本上還是把模擬信號轉變?yōu)閿底中盘柖眩ūM管也已達200-300萬像素),與歐美品牌在智能化、集成化上相比,還有不少差距。

自2007年底以來,通過與歐美及多家國內企業(yè)進行IP攝像機產品交流與行業(yè)對比探討,同時認真、細致地研究了MOBOTIX公司產品,包括功能驗證、性能測試,及實地參觀、考察了位于德國的這家圖像軟件開發(fā)公司??梢钥吹贸?,其高像素IP攝像機在智能化、集成化方面具有一定的特色。

傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的觀念誤區(qū)

誤區(qū)一:實時監(jiān)看,疲勞且無效
我們都熟知哈佛(Harvard)的試驗,人在看電視時,50%的人會專注于兩個籃球隊之間球的轉移,而不會注意到大猩猩(球隊的吉祥物)走到視野區(qū)域并從視野區(qū)中走出的情況。相似地,在一個軍事研究中,試驗表明在12分鐘連續(xù)觀察2個或更多的順序排放的監(jiān)視器后,觀察者將錯過對45%的場景的觀察,在大約22分鐘后,會錯過95%的場景。

現有的監(jiān)控系統(tǒng)大多建有電視墻(領導的政績觀也是重要因素),要保安人員盯住監(jiān)視器以發(fā)現警情。實際呢,電視墻成了“花瓶”,僅給上級參觀用。據說,平安城市工程中,派出所往往讓系統(tǒng)集成商雇人來看監(jiān)視畫面,警察自己寧愿上街巡查也不愿意坐在電視墻前。

誤區(qū)二:實時錄像,無益又浪費
由于實時監(jiān)看不符合人的心理與生理特征,為了不漏掉沒有發(fā)現的警情,只好把所有的視頻全錄下來,以便事后調閱。公安部要求記錄時間不少于30天。于是,硬盤錄像機代替了人的疲勞,硬盤從開始工作到完全磨損至死都是一直不停地轉,有事無事都在錄,其勤懇“一生”所記錄內容的90%卻是垃圾——無用的視頻。我們做過統(tǒng)計:16路CIF錄像30天,MPEG4格式,至少要用1.5TB的硬盤。

誤區(qū)三:監(jiān)而不控,事后諸葛亮
既然實時觀看人疲勞,錄像機又只會悶頭錄,真正發(fā)生情況時卻得不到及時的報警,只有等到發(fā)生后再來調閱取證,往往錯過了最佳案情處置時機,損失已經無法挽回。如,博物館的珍品第二天早上上班時發(fā)現被盜,然后向警察報案,警察來了再調閱昨晚的監(jiān)控錄像,分析嫌疑人,此時嫌疑人可能已飛到地球的另一端了。2007年12月21日,在南美巴西圣保羅博物館價值1億美元的畢加索畫作被盜與瑞士博物館2008年2月11日價值9000萬美元的塞尚、德加、梵高、莫奈名畫被盜案就是一個明證。

如果案件發(fā)生時,監(jiān)控系統(tǒng)能自動報警且采取行動如打開燈光、封鎖出入口,情況肯定不會那么糟糕。

MOBOTIX給人的清新
MOBOTIX IP攝像機的設計是完全基于克服傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)以上三個誤區(qū)而進行的,可以說是一種全新的監(jiān)控理念,大家不妨通過圖1來打量一下它耳目一新的方方面面。

高清的圖像,獨立的日/夜、遠/近鏡頭
傳統(tǒng)的CCTV其像素大約在40萬,最大也就是D1的分辨率,所以大家自然對其數碼變焦多少倍數也就不屑一顧了,沒有實際應用意義。該攝像機采用1/2英寸CMOS芯片,可以達到320萬像素(2048X1536),雙鏡頭的攝像機可以構成全景180度的圖像,達640萬像素,幾乎相當16個模擬攝像機,大大減少了攝像機安裝個數和工程造價。如此高像素的全景圖像自然就省去了云臺、變焦,采用我們稱之為“虛擬PTZ”的方法,就可以查看圖像的任何細節(jié)部分,相當于在一個詳細的地圖上我們用放大鏡可以找到所需的一切, 村莊、道路、橋梁。

不僅如此,該雙鏡頭攝像機不但可以配置為全景攝像,也可以配置成一個近焦、一個遠焦鏡頭,實現深景效果。也可以配置成一個彩色(白天用)、一個黑白(晚上用)鏡頭,實現真正的日/夜轉換,效果遠比模擬攝像機一個鏡頭靠雙濾光片切換要強得多,至少沒有了容易損壞的移動機械部件,包括光圈,大大減少了維護成本。

“大安防”概念的防盜報警一體集成
從圖1可以發(fā)現,該攝像機具有“大安防”的概念,它集成了用于偵測警情的各種傳感器:被動紅外偵測(人員入侵)、圖像移動偵測、聲音偵測(如爆炸、打雷、鳴笛、吵架)、亮度變化檢測(開燈、閃電)、環(huán)境溫度變化檢測(如火災、氣象觀測)、開關量檢測(如門磁、按鈕)等等,大大減少了安防系統(tǒng)工程的復雜性——沒有了傳統(tǒng)安防系統(tǒng)天羅地網的布線。同時,它也集成了多個告警功能:自帶喇叭(現場告警)、LED燈指示、開關量輸出(開燈、鎖門等)、外接大功率喇叭。還有許多軟件報警功能:通知下一個攝像機聯動、發(fā)圖像給巡邏人、大畫面彈出、撥打IP電話、發(fā)EMAIL等。因此不僅僅是個攝像機,而是一個完整的安防報警系統(tǒng),包括了公共廣播。

一切以發(fā)生“事件(警情)”為行動的指南
強調“事件”(EVENT),貫穿系統(tǒng)的整個運行,是智能化的基礎信息,這里的事件就是我們通常所說的“警情”,該攝像機給用戶20多種豐富事件應用,見表1。我們可以自由定義事件的許多屬性,如大家熟悉的移動偵測,在傳統(tǒng)模擬攝像機里,只能簡單地判斷設定的區(qū)域圖像前后幀是否發(fā)生了改變,沒有定量的判斷。但是在該攝像機中,可以對設定的圖像區(qū)域(窗口)進行四維分析判斷:圖像變化的面積和前后幀像素亮度變化的范圍,同時還有一個參考區(qū)域,可以大大防止錯誤報警(如陽光因天氣變化不報警,而燈光變化可以報警),這就是一個非常智能的移動偵測,傳統(tǒng)系統(tǒng)是無與倫比的。

事件邏輯判斷是其高度智能化的代表
事件的邏輯判斷是其智能化的代表性特征。大家知道,世界著名的圖像分析軟件公司Object Video是給用戶提供第三方智能分析軟件的最大公司,其軟件是針對用戶個性需求而設計的,運行在圖像存儲的后端,價格自然昂貴,只有軍方和特殊部門如美國情報部門CIA和調查部門FBI才能用得起,基本上是針對非民用的。不過,在該攝像機里設計的智能,大多是給尋常百姓應用的,如判別物體的大?。ㄜ囕v與行人的區(qū)別)、事件計數(出入口人員統(tǒng)計、春天里一共打了多少雷、低于某溫度的天數)、事件的邏輯判斷。我們不妨來看看事件邏輯的應用,這里的事件邏輯是指以上羅列的2個事件間存在的時間順序、方向等關聯關系。舉例說明,在某道路上,汽車從東向西開是合法的,否則是非法的,這可以用來監(jiān)視單行道路或車輛違法變線(如圖2所示)。再舉個例子,貨場出入口,要求要拍攝貨車前后車牌、車底狀況、司機面貌,四臺攝像機需要聯動工作,就需要相互的在邏輯上的時間判斷,保證貨場的貨物進出是有準確的取證的。

分布式控制、存儲,無中心概念
不管模擬CCTV還是模/數結合的CCTV系統(tǒng),都有系統(tǒng)中心的概念,如存儲中心、監(jiān)視中心、管理(控制)中心等硬中心,還有級別意義上的軟中心,如派出所、分局、市局、省廳等,網絡結構非常復雜。但是該攝像機其本身就是一個裝有LINUX系統(tǒng)的高級計算機PC,IP網絡上,如同INTERNET上的一臺主機,完全沒有主從的概念,在網絡上和其他設備如存儲服務器、管理機、瀏覽器處于完全平等地位,只有使用權限的差別,沒有地域、時間上的差別。所以該產品的網絡結構就是互聯網結構。
無中心的結果,就使得圖像的存儲可以分布式放到網絡上任何的PC或服務器上,大大減少集中存儲帶來的巨大風險。同時,無中心就可以使用戶可以在任何地方通過PC、PDA、3G手機等訪問/查看攝像機的圖像,如在家里或公司可以看見自己工廠的生產線、專賣店的人流、電站設備的運行、工廠的非法排污、老虎在森林里的出沒等情況。

由于該產品的用戶端軟件是IE和免費的MXCC,任何用戶幾乎不用花錢,就享有1500路進/30路出的超級數字矩陣功能,這是其他IP攝像機系統(tǒng)無法比擬的。

智能暴光
由于該攝像機沒有電子機械光圈(ALC),圖像的明暗暴光程度完全由軟件來自動控制,一般情況下是不需要用戶另外來設置暴光時間的,盡管其最快暴光時間為1/8000秒。如果使用環(huán)境比較特殊,如室內外存在極大的亮度反差、道路上有強烈的燈光照射而想看清車牌,這時你可利用它豐富的智能暴光設置,就可達到非常滿意的拍攝效果。比如,你可以設置2個暴光小窗口,車輛的大燈一旦進入這2個窗口,圖像上的燈光會自動降到足夠讓你看清車牌的程度。

2008年3月,我們在廣深高速公路上可以清晰地拍攝到時速110公里的車輛車牌,無論是白天還是晚上。

在模擬系統(tǒng)中,在寬動態(tài)與強光抑制功能設計上,對于那些自稱有DSP開發(fā)能力的公司,不管采用雙AGC技術還是多次暴光技術或直方統(tǒng)計技術,都是一個頭疼的問題,不是色彩產生偏差就是效果有限,都不盡人意。這方面,該產品確實是個技術上的重大突破。

智能錄像,比模擬系統(tǒng)節(jié)省90%的磁盤空間
由于該產品的一切行動是基于“有事”(即事件或叫警情發(fā)生),錄像也是一種行動,當然不例外。你可以事先設置好要錄像的圖像區(qū)域(如車牌),當有事件發(fā)生(如有車進入)時才進行拍照或實時錄像,對于事件前后的情景可以少錄甚至不錄,大大地節(jié)省了磁盤存儲空間,也降低了網絡數據傳輸的負擔。

還有一個特色,該產品機內自帶128MB的緩存,如果網絡發(fā)生故障或阻塞,錄像的內容可以暫時保存在緩存內,一旦網絡恢復正常,該產品可以把“欠賬”補發(fā)出去。

真正的全天候氣象生存能力
中國是個地域遼闊的國家,東西南北氣候差異極大,夏天南方的道路溫度可以達到60℃,冬天漠河的最低氣溫可以達到零下—40℃以下。南方的梅雨季節(jié)或夏天的雨后,空氣的相對濕度達90%以上,這就要求戶外的攝像機有足夠的生存能力。對于模擬攝像機,要么不工作,要么就是增配加熱器(電熱絲)、散熱器(如球機內的風扇),但這些裝置往往是容易損壞的,維護成本居高不下。

該攝像機可以在低溫—30℃以下、高溫60℃時工作,基本上滿足了中國絕大部分區(qū)域的氣候要求。這點,在南極科考站的氣象觀測使用就是明證。為了驗證這一點,我們2008年1月30-31日(春節(jié)前夕),親自把該攝像機放到零下—34℃的漠河市雪地上進行實地測試,工作4小時,一切完全正常。對于高溫實地應用,也準備在今年夏日進行測試,但由于只有最多3W的功耗,不需要加散熱器,如風扇。
IP65級的防塵防水設計,足可以滿足除了水下攝像的一切使用環(huán)境。

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