■ 文/ 1.東華理工大學(xué) 2.通遼市公安局

王健1 劉陽(yáng)2 王學(xué)剛 1＊ 黃賢科1 潘婷1

關(guān)鍵字：提升 智能視頻監(jiān)控 分辨率 技術(shù)方法

1 引言

繼2015年國(guó)家出臺(tái)《關(guān)于加強(qiáng)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(jiàn)》之后，平安城市建設(shè)進(jìn)入全面加速時(shí)期，2018年“雪亮工程”首次被寫(xiě)入中央一號(hào)文件《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的意見(jiàn)》，各地區(qū)架設(shè)了眾多攝像頭，儲(chǔ)存了海量大數(shù)據(jù)，基于此部分公安部門(mén)設(shè)立了圖像偵查部門(mén)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)圖像偵查，以達(dá)到事前預(yù)警、事中處理、事后取證等目的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等新科技逐漸被引入到傳統(tǒng)視頻監(jiān)控領(lǐng)域，為公安偵破案件、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定工作服務(wù)，智能視頻監(jiān)控這一新概念也應(yīng)時(shí)而生。目前，智能視頻監(jiān)控技術(shù)已廣泛應(yīng)用于公共安全監(jiān)控、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、居民小區(qū)監(jiān)控、交通狀態(tài)監(jiān)控等各種監(jiān)控場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)了犯罪預(yù)防、交通管制、意外防范和檢測(cè)、老幼病殘監(jiān)護(hù)等功能。相比傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備，智能視頻監(jiān)控能夠提高效率，降低成本，具有廣闊的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。

2 目前的問(wèn)題

實(shí)際工作中，由于監(jiān)控?cái)z像頭與目標(biāo)距離較遠(yuǎn)、目標(biāo)尺寸過(guò)小、光照條件變化、目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)模糊及監(jiān)控?cái)z像頭自身噪聲等眾多因素，導(dǎo)致視頻監(jiān)控獲取的目標(biāo)分辨率低、噪聲大、特征細(xì)節(jié)有限，最終導(dǎo)致漏報(bào)、誤報(bào)等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。因此解決攝像頭監(jiān)控分辨率低是對(duì)當(dāng)前視頻結(jié)構(gòu)化智能識(shí)別的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

3 兩種提升視頻監(jiān)控圖像分辨率技術(shù)的分析

為提高智能視頻監(jiān)控圖像分辨率，得到更加優(yōu)質(zhì)的圖像，一方面要進(jìn)一步提高監(jiān)控設(shè)備性能，另一方面要提升劣質(zhì)圖像的超分辨率重建技術(shù)。本文將重點(diǎn)分析多相機(jī)實(shí)時(shí)拼接視頻影像技術(shù)和超分辨率圖像重構(gòu)技術(shù)，并探討它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

3.1 多相機(jī)實(shí)時(shí)拼接視頻影像技術(shù)

拼接成像技術(shù)相對(duì)于普通成像技術(shù)可獲得更加寬闊的視野，能夠更大范圍地探測(cè)監(jiān)視環(huán)境，并從圖像中獲得更加豐富的信息。在日常城市安全監(jiān)控過(guò)程中，拼接成像技術(shù)可替代高空云臺(tái)監(jiān)控。

目前，拼接成像系統(tǒng)技術(shù)被應(yīng)用于各種場(chǎng)所。美軍的ARGUS-IS系統(tǒng)（自動(dòng)實(shí)時(shí)地面全部署偵察成像系統(tǒng)）由368片CMOS鏡頭拼接而成，該系統(tǒng)的機(jī)載監(jiān)視攝像頭可實(shí)現(xiàn)從17500英尺高空探測(cè)地面行人所用手機(jī)型號(hào)，并可實(shí)時(shí)拍攝分辨率達(dá)1800MP的一整個(gè)中等規(guī)模城市的可縮放視頻內(nèi)容。

“1億像素安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)”配備有19個(gè)鏡頭的Mantis設(shè)備，其處理器可將圖像集合到一個(gè)1億像素的畫(huà)面框內(nèi)，使用者可以對(duì)任何特殊的細(xì)節(jié)進(jìn)行放大。它可以識(shí)別一個(gè)足球場(chǎng)距離之外人員，甚至能辨別1.2公里外的人打了個(gè)噴嚏。下圖1、2是對(duì)億級(jí)像素相機(jī)的測(cè)試結(jié)果。圖1為110°范圍內(nèi)監(jiān)控；圖2為放大像素后成像，距離為80米，從圖像來(lái)看，較為清晰的展現(xiàn)了目標(biāo)特征。

圖1 億級(jí)像素相機(jī)視頻截圖(原始)

圖2 億級(jí)像素相機(jī)視頻截圖(放大像素)

3.2 超分辨率圖像重構(gòu)技術(shù)

超分辨重建是采用軟件方法對(duì)圖像、視頻進(jìn)行一系列的分析處理，提高圖像或視頻分辨率的一種數(shù)字圖像處理技術(shù)。超分辨率重建的核心思想就是用時(shí)間帶寬(獲取同一場(chǎng)景的多幀圖像序列)換取空間分辨率，實(shí)現(xiàn)時(shí)間分辨率向空間分辨率的轉(zhuǎn)換，最終通過(guò)融合多幀相似的低分辨圖像而提高分辨率。所謂的多幀低分辨率圖像是對(duì)同一場(chǎng)景偏移一定角度或位置采樣的結(jié)果，可以從圖像成像模型去理解。假設(shè)原始圖像可以看作高于奈奎斯特頻率采樣的結(jié)果，即低分辨率圖像是高分辨率經(jīng)過(guò)降采樣、模糊、變形后加上噪聲影響的結(jié)果。因此，超分辨率重建可以總結(jié)為圖像復(fù)原模型，即超分辨率重構(gòu)技術(shù)本質(zhì)上是圖像復(fù)原問(wèn)題。通過(guò)使用超分圖像辨率技術(shù)對(duì)觀測(cè)結(jié)果做后期處理，可以更好地識(shí)別目標(biāo)，更好得服務(wù)于軍事安全和日常生活。

通過(guò)對(duì)超分辨率圖像重構(gòu)技術(shù)的測(cè)試。圖3為原始照片，只能檢測(cè)出七個(gè)人；圖4為原始照片經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)易處理軟件處理，將像素放大2倍后檢測(cè)出了十個(gè)人。提高2倍像素所用時(shí)間不到1秒，提高2倍像素后，測(cè)試出了25米以外的目標(biāo)特征。

圖3 原始照片

圖4 像素放大2倍后照片

3.3 兩種技術(shù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)監(jiān)控相比，多相機(jī)實(shí)時(shí)拼接視頻影像技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)。一可遠(yuǎn)距離識(shí)別。目前傳統(tǒng)監(jiān)控識(shí)別范圍為5-8米，而多相機(jī)實(shí)時(shí)拼接視頻影像技術(shù)可在100米外對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別分析。二可同時(shí)識(shí)別多目標(biāo)。由于像素分辨率高，平均到目標(biāo)圖像像素時(shí)也較高，故可識(shí)別多個(gè)目標(biāo)圖像，而且目標(biāo)圖像不失真。

高分辨率圖像重構(gòu)技術(shù)，可在使用傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，將目標(biāo)圖像質(zhì)量提高，同時(shí)不增加視頻傳輸和儲(chǔ)存壓力。高分辨率圖像重構(gòu)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以在不升級(jí)現(xiàn)有采集設(shè)備情況下，提高采集圖像的分辨率，也能夠在不增加傳輸信號(hào)寬帶的情況下，改善圖像或視頻的畫(huà)面質(zhì)量。

（2）缺點(diǎn)

多相機(jī)實(shí)時(shí)拼接視頻影像技術(shù)是一個(gè)吞吐量大、實(shí)時(shí)性高的硬件系統(tǒng)，對(duì)傳輸速度和儲(chǔ)存功能要求較高，導(dǎo)致使用成本較高。同時(shí)，由于這種系統(tǒng)采用特殊的攝像機(jī)，不能使用普通視頻監(jiān)控系統(tǒng)，因而在使用范圍上受到了極大限制。

高分辨率圖像重構(gòu)技術(shù)需要公安部門(mén)提供大量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行算法訓(xùn)練，時(shí)間周期較長(zhǎng)，對(duì)算法的要求較高。同時(shí)由于算法與數(shù)據(jù)庫(kù)本身的局限，在提升分辨率的同時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致圖像失真。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著智能視頻監(jiān)控在各行業(yè)使用的深入及安全級(jí)別控制要求的提升，社會(huì)對(duì)視頻監(jiān)控的需求呈多樣化和復(fù)雜化態(tài)勢(shì)，對(duì)其所獲取圖像分辨率的要求也越來(lái)越高。本文所提出的兩項(xiàng)技術(shù)都能一定程度提高目前監(jiān)控系統(tǒng)圖像的分辨率，但也都存在一定的不足。只有緊密結(jié)合實(shí)際，在控制成本的情況下有效地提高圖像的分辨率，才能使智能視頻監(jiān)控技術(shù)滿足實(shí)戰(zhàn)要求并獲得更為有效的推廣。