杜翠鳳　蔣仕寶

【摘? 要】計算機視覺與感知在未來智慧城市的安防中將發(fā)揮巨大的作用，介紹了計算機視覺與感知在智慧安防中已經(jīng)存在的應用，并根據(jù)當前智慧安防的需求以及計算機視覺與感知的原理，探索計算機視覺與感知在未來智慧安防中的新應用。

【關鍵詞】智慧安防;計算機視覺與感知;虛實融合

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.03.015? ? ? ? 中圖分類號：TN929.5

文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-1010（2020）03-0078-07

引用格式：杜翠鳳， 蔣仕寶. 計算機視覺與感知在智慧安防中的應用[J]. 移動通信， 2020，44（3）： 78-84.

Application of Computer Vision and Perception in Intelligent Security

DU Cuifeng，? JIANG Shibao

（GCI Science & Technology Co.， Ltd.， Guangzhou 510310， China）

[Abstract]?Computer vision and perception will play an important role in the security of intelligent cities in the future. This paper will introduce the application of computer vision and perception in intelligent security， and explore the new application of computer vision and perception in future intelligent security according to the current needs of intelligent security and the principle of computer vision and perception.

[Key words]intelligent security; computer vision and perception of virtual; reality fusion

0? ?引言

2015年，國家9部聯(lián)合發(fā)布《關于加強公共安全視頻監(jiān)控建設聯(lián)網(wǎng)應用工作的若干意見》，明確了公共安全視頻監(jiān)控建設聯(lián)網(wǎng)應用的總目標：2020年實現(xiàn)“全域覆蓋、全網(wǎng)共享，全時可用、全程可控”的總目標。隨后，繼平安城市建設之后的“雪亮工程”成為當前智慧安防市場發(fā)展的主要動力，通過人工智能技術和視頻智能分析技術的結合，目前智慧安防系統(tǒng)已經(jīng)進入了以數(shù)據(jù)分析為核心的情報驅動智能決策階段[1]，通過對實時的視頻數(shù)據(jù)進行獲取和感知，結合人工智能學習與決策的方法，實現(xiàn)安防管理的自動化、敏捷化、智能化。

以上趨勢預示著中國的安防建設將朝著自動化、敏捷化、智能化方向發(fā)展，但是，智慧安防的建設需要很多種技術的支撐，其中計算機視覺與感知在智慧安防中發(fā)揮關鍵的作用。本文將列舉當前計算機視覺在智慧安防中的具體應用，并結合相關技術的發(fā)展，探索計算機視覺與感知在智慧安防中的新應用。

1? ?計算機視覺與感知在智慧安防中的應用

1.1? 計算機視覺與感知

作為人工智能的一個子領域，計算機視覺與感知在以智能制造為核心的工業(yè)4.0時代背景下又一次受到學界的關注，隨著中國智能制造2025戰(zhàn)略的推進和深入，計算機視覺技術在智能機器人、無人機、自動駕駛、智能醫(yī)生、智能安防、VR/AR等應用領域受到廣泛的應用，其作為各種先進產(chǎn)品的一雙“慧眼”，幫助各種儀器在未來工業(yè)自動化、智能化的工業(yè)4.0發(fā)展道路上發(fā)揮重要作用 [2-3]。除此之外，計算機視覺與感知還包括對圖像的分析與理解，通過分析圖像的語義表示實現(xiàn)攝像頭對場景視覺信息的快速捕捉和智能理解，形成各個產(chǎn)品的“大腦中樞神經(jīng)”，讓各類產(chǎn)品具備智能化、自動化的特征[4]。

1.2? 計算機視覺與感知在智慧安防中的應用

（1）基于人口流量統(tǒng)計的園區(qū)預警應用

根據(jù)園區(qū)各關鍵卡口的攝像頭所獲取的用戶人臉識別圖像，結合多攝像機目標協(xié)同跟蹤技術，實現(xiàn)動態(tài)視角下目標的快速準確跟蹤，精準實現(xiàn)園區(qū)局部區(qū)域人口流量統(tǒng)計與檢測，有效加強園區(qū)密集場所的早期預警與管理。

（2）可疑人員軌跡追蹤

如何采用當前的AI技術在人群中迅速挑出可疑人員，并發(fā)出報警信號，告知相關的管理人員當前可疑人員的實時軌跡狀態(tài)，實現(xiàn)可疑人員進行實時跟蹤和預警，是計算機視覺與感知在智慧安防中的又一應用。通過分析分析人群中每一個個體的步態(tài)和行為，采用計算機視覺與感知技術進行個體的步態(tài)和行為的分析，并將其步態(tài)和行為與AI庫的步態(tài)和行為進行匹配，一旦發(fā)現(xiàn)有符合預定步態(tài)和行為特征的現(xiàn)象，系統(tǒng)會向相關的管理人員發(fā)送一條告警信息，提醒相關人員關注該人員的行為并進行實時追蹤[3-4]。

（3）智慧社區(qū)

智慧社區(qū)作為家庭安防技術的典型應用，通過安裝各種傳感器和攝像頭等設備，為住宅提供一個環(huán)境感知、入侵告警、緊急求助的安防功能。智能家居的設備都具備環(huán)境感知的功能，并不是光靠用戶提供的冷冰冰的指令被動執(zhí)行工作，而是通過“觀察”用戶的微表情判斷用戶內心的真實情緒并主動提供智能化服務，比如：自主調節(jié)房間的音樂、調節(jié)燈光的照明強度以及室內的溫度。除此之外，入侵告警和緊急求助的定位技術應用同樣是采用了計算機視覺與感知為核心技術的智能視頻聯(lián)動和多攝像機的目標跟蹤功能而實現(xiàn)的。

（4）智慧養(yǎng)老

智慧養(yǎng)老的服務主要包括跌倒檢測、夜間檢測、老人行為智能分析。通過計算機視覺與感知技術，快速提取人體輪廓;然后利用骨骼識別算法快速計算人體的20個關節(jié)點;通過推理出每個關節(jié)點的位置來實現(xiàn)骨架狀態(tài)識別，最終實現(xiàn)跌倒監(jiān)測、夜間監(jiān)測、老人行為智能分析。

2? ?計算機視覺與感知在智慧安防的新

應用探索

上文介紹了計算機視覺與感知技術在智慧安防已有的應用，但是，隨著VR、AR、觸感等新媒體技術在創(chuàng)新和發(fā)展，全景視頻技術、混合現(xiàn)實遠程交互、虛擬現(xiàn)實視頻技術將會給智慧安防帶來全新的面貌。視頻監(jiān)控“一張圖”的理念將應用于智慧安防的各種應用，讓城市自行感覺到人口、交通、能源、設施以及個體行為的每一個細節(jié)，結合管理人員的關注點，綜合VR、AR技術快速建模，自動關注管理人員需要關注的信息，輔助精準化決策。在醫(yī)療方面，基于虛實融合的觸感交互技術，采用人機交互、觸覺、遠程力反饋、AR及VR技術，實現(xiàn)遠程問診和外科手術的應用[5]。下面將根據(jù)智慧安防的發(fā)展趨勢以及現(xiàn)有的技術特點，重點闡述計算機視覺與感知在智慧安防中的新應用。

2.1? 6自由度視頻技術的人員跟蹤應用

結合AR、VR技術，安全管理人員對場景的監(jiān)控將不再受限于2D的畫面信息，而是通過實時獲取3D全景信息，結合周圍的攝像頭，以6自由度視頻的方式呈現(xiàn)給安全管理人員：與場景相關的數(shù)字信息直接投射到場景中的介質中，并將目標人員的相關信息進行實時動態(tài)的融合。

當安全管理人員需要對密集人群進行身份檢測時，不需要穿越人群進行現(xiàn)場的查看，只需要在后臺使用“千里眼”進行“觀察”，當安全管理人員將檢測目標進行跟蹤鎖定時，系統(tǒng)會自動顯示該人員的性別、與數(shù)據(jù)庫進行匹配得到的身份信息、身高、是否持有武器、之前的軌跡信息以及將要逃竄的軌跡預測等信息，安全管理人員可以根據(jù)此類信息進行實時抓捕。

要實現(xiàn)6自由度視頻技術的人員跟蹤，需要以下技術[6]：

（1）基于VR CG的預渲染技術，能夠將場景物體的顏色、材質進行實時、動態(tài)渲染。

（2）基于深度獲取技術的追蹤目標的定位。當前大多采用激光雷達[7]、多幀圖像視差定位[8]、光場[9]等方法獲取目標的定位，但上述方法需要突破目標移動所帶來的計算量異常復雜所導致定位速度不能滿足人員跟蹤的問題。

（3）基于3D重建技術的2D圖像轉換。三維重建是強化模型的逼真度，當前3D重建技術在非自由空間“隨便走”多點拍攝所帶來的海量數(shù)據(jù)處理問題需要進一步突破。

2.2? 基于虛實融合的觸感交互技術的智慧養(yǎng)老

融合人工交互技術、觸覺技術、遠程力反饋、AR及VR技術的遠程醫(yī)療將促進智慧養(yǎng)老的應用。未來的遠程醫(yī)療并不受限于心率測量、血壓測量等應用，還能通過人機交互技術、力反饋技術、觸覺技術、AR及VR技術實現(xiàn)與現(xiàn)實相似的遠程問診、外科手術等應用。

（1）基于虛實融合的觸感交互技術的遠程問診

在未來的遠程醫(yī)療中，機器人按照常規(guī)的方式對老人的身體進行接觸式的檢查，而“千里之外”的醫(yī)生則借助力反饋[10]、觸感交互[11]等技術來感知老人的肚子里面腫瘤的硬度和大小。然后，醫(yī)生將告知機器人采用X光等儀器對病人進行檢查，并把相關的信息傳輸?shù)结t(yī)生的手里，實現(xiàn)遠程問診的應用。

（2）基于虛實融合的觸感交互技術的遠程手術

考慮到安全性問題，遠程手術不僅需要借助于觸感技術、遠程力反饋技術、人機交互技術，還需要具備全景變焦和聚焦的3D仿真技術[12]、精密機械手等智能機械系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實技術將患者的空間透視圖像、身體狀態(tài)、姿態(tài)等信息實時傳遞給外科醫(yī)生，外科醫(yī)生對患者的部位進行虛擬手術操作，而機械手則利用遠程力反饋的技術在現(xiàn)場對患者進行實際操作。整個過程需要多種技術的配合：高速的通信技術降低手術的延遲，遠程精確的力反饋技術幫助外科醫(yī)生依靠他的云動力來完成高精度的操作，觸感技術能夠感受到人體柔軟組織，全景變焦和聚焦的3D仿真技術能夠讓外科醫(yī)生身臨其境，增加沉浸感。

上述的應用實質上是將醫(yī)生的“手”和“器械”延長，但由于目前的力反饋技術、觸感技術、3D仿真技術以及人機交互技術發(fā)展不夠成熟，導致遠程問診的準確度和使用場景大大受到限制。相信未來隨著AI技術的快速發(fā)展，虛實融合的觸感交互技術將會突破限制，為遠程醫(yī)療帶來更多更好的應用

以上分析就是當前計算機視覺與感知在智慧安防中尚未實現(xiàn)的應用，如果全景的視頻技術、虛實交互技術得到突破性發(fā)展，那么計算機視覺與感知將在智慧安防中將會起到顛覆性的作用，與之相關的應用將會大大降低保安、警察、醫(yī)生等人員的工作量，同時也給智慧安防帶來前所未有的體驗。

3? ?結束語

本文從智慧安防發(fā)展的角度出發(fā)，闡述了計算機視覺與感知在智慧安防中的應用：人口流量統(tǒng)計預警、智慧社區(qū)、可疑人員軌跡追蹤、智慧養(yǎng)老，并結合當前的應用，探索智慧安防在未來出現(xiàn)的新應用：6自由度視頻技術的人員跟蹤、虛實融合的觸感交互技術遠程問診、虛實融合的觸感交互技術遠程手術。

計算機視覺與感知技術是當前人工智能領域的前沿科學，是當前國內外知名公司的研究熱點。從當前計算機視覺在智慧安防的應用來看，計算機視覺與應用的技術尚待突破，對全景3D信息的構建，虛實融合技術的突破，以及上述技術與當前AI技術的有機結合，才能給智慧安防帶來不一樣的體驗。

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[12]? ? 劉玉影. 基于變焦立體視覺的三維全景圖像生成方法研究[D]. 沈陽： 沈陽理工大學， 2018.

作者簡介

杜翠鳳（orcid.org/0000-0002-9055-6381）：中級經(jīng)濟師，碩士畢業(yè)于廣東外語外貿大學，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，擅長數(shù)據(jù)挖掘工具的應用，研究方向為移動用戶行為分析、移動用戶軌跡分析、人工智能。

蔣仕寶（orcid.org/0000-0001-8751-4896）：中級經(jīng)濟師，碩士畢業(yè)于中山大學管理學院，現(xiàn)任廣州杰賽科技股份有限公司人力資源部部長，長期跟蹤觀察通信行業(yè)發(fā)展，從事運營管理、用戶行為模式分析、網(wǎng)絡優(yōu)化等研究工作。