数字摄像机在视频智能分析系统中的应用

文章摘要：在当今如火如荼的数字化进程中，视频监控领域也势不可挡的从模拟向数字化发展，DVR替代传统的模拟磁带式录像机、网络视频矩阵、网络视频服务器的出现，无疑是数字技术的进步。同样，在监控的前端，数字摄像机的出现和应用，也使得传统的模拟摄像机进入到了一个数字化的时代，并最终完成从模拟到数字化的产品交替。1、视频智能分析系统对摄像机的要求作为安防行业的发展和市场需求，对监控设备提出了更加智能化的需要，而正在日益兴起的场景智能分析系统，则要求摄像机不仅具有目前的视频图像监控功能，还必须为智能图像分析处理提供准确可靠的数据信息。计算机技术和图像技术的结合使得图像智能识别和分析成为可能，从而带动了许多新型应用，

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在当今如火如荼的数字化进程中，视频监控领域也势不可挡的从模拟向数字化发展，DVR替代传统的模拟磁带式录像机、网络视频矩阵、网络视频服务器的出现，无疑是数字技术的进步。同样，在监控的前端，数字摄像机的出现和应用，也使得传统的模拟摄像机进入到了一个数字化的时代，并最终完成从模拟到数字化的产品交替。

　　1、视频智能分析系统对摄像机的要求

　　作为安防行业的发展和市场需求，对监控设备提出了更加智能化的需要，而正在日益兴起的场景智能分析系统，则要求摄像机不仅具有目前的视频图像监控功能，还必须为智能图像分析处理提供准确可靠的数据信息。计算机技术和图像技术的结合使得图像智能识别和分析成为可能，从而带动了许多新型应用，例如工业控制中的机器视觉识别和监控系统中的视频分析，此新兴学科在不断演变和发展。在监控领域，视频分析有望大大提高监视效率，现有的系统中，视频分析仅作为人工监视的辅助手段，它能使监视人员摆脱重复枯燥易错的任务，例如连续几小时盯视某一监视目标等待细节的变化。视频分析还能从复杂的数据中辨认行为和类型，如提取值得特别关注的目标徘徊逗留。其它的一些功能还包括报告人数、自动车牌识别、人脸生物识别等。不久的将来，智能摄像机不再只提供视频流，还提供操作命令，数据和信息。

　　成功的视频分析来自两个重要方面：高效的算法和高质量的图像。迄今的大多数研究集中在算法的优化与实现，对图像的要求却关注得不多。现有的图像监控系统的任务是形成最佳场景还原，使显示器上的图像最大程度地逼真于人亲临现场观测到的景物。为了实现这一效果，远景的许多细节都必需被忠实地再现。色彩、分辨率、帧率、敏感度、对比度、曝光准确度、噪声以及锐度等都是我们熟悉的确保高质量再现图像的重要属性。

　　由于目前用于视频分析的摄像机多数是采用传统模拟监控摄像机，所以视频分析系统大量的计算浪费在处理一些不确定因素（如，由于曝光变化引起的照明变化），而这些不确定因素是模拟摄像机设计过程中带入的，受其影响视频分析系统计算出来的结果也受到失真图像的影响。人眼能轻易地辨别两台摄像机照度、光强、颜色再现的不同与变化，而这些变化却常常导致分析系统失败。人和计算机视频分析系统对监控图像的需求差异甚广，遍及摄像机和视频系统整体设计中的各个环节。其中的主要原因是人的视觉仅要求图像的视觉再现，而分析系统更倾向于严格的物理属性再现。比如，摄像机采集到的图像即使垂直分辨率低些，也不会对人的视觉有任何影响，但这却对视频分析系统中的软件造成负面影响，也就会影响图像特征的成功识别，不能发挥最大识别功效。由于视频系统历史久远，一些早年的设计决定反而成为准确视频分析的障碍。众所周知的例子是为解决数据传输带宽限制，又不影响视觉效果而设计的隔行扫描；但对于视频分析系统，由于垂直分辨率低就会导致一半原始数据丢失。伽玛校正又是一例，多数视频图像经过伽玛校正用于提高抗扰度，补偿由于显示器偏差而导致的图像失真，有时还能增加对比度。不协调的伽玛校正使得反射率（物理属性参数）和视频信号输出之间的非线性关系很难预测，致使分析系统难以区分照明的变化和物体属性参数的变化（比如反射率），增加了跟踪物体进出阴暗区的难度。

　　视频监控与智能分析对信息源的最佳设置的要求存在着许多不同甚至是相冲突的地方，正是由于现有的视频处理技术只为人的视觉服务来再现场景，并不以忠实物理再现场景为目的，所以当通过计算技术处理图像，而不是人的视觉监视下，导致处理数据无法准确还原场景，最终导致失败的视频分析结果。以下列举了影响视频分析结果的图像要素：

图像特性 视频监控 视频分析 线性特点 伽玛校正：抗噪，逆CRT函数 线性系统：区分光线和物体 编码格式 绿色占最大带宽，黄色和蓝色可经过低通滤波　(4:2:2或4:1:1) 高效地提供物体边界，各色需占同样带宽 颜色 三原色(RGB或CMY) 可采用多色系统 颜色精度 要求不高，人眼可以忽视颜色漂移 要求高。颜色应如实反映物体和光线的变化，要求不同摄像机间有良好的精度一致性 分辨率 受NTSC/PAL标准和显示技术的局限 只受计算能力和带宽的局限 帧率 受NTSC/PAL标准和显示技术的局限 只受计算能力和带宽的局限 动态范围 要求适中。人眼能有效跟踪物体进出阴影地带 要求高。过暗或过亮情景下丢失的信息极易导致分析失败 曝光控制 要求在光线变化的情况下能提供亮度恒定的图像 无特殊要求。希望接受宽动态范围的线性信息 行扫描 隔行扫描，减低带宽要求 需要逐行扫描 像素宽高比 长方形（隔行扫描注重水平分辨率） 正方形（几何信息各个方向同等重要） 水平/垂直分辨率 水平分辨率对视觉更敏感 水平和垂直方向同样重要

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