■ 文/杭州?？低晹底旨夹g股份有限公司 張森炎 徐晶 王偉 起小欽 鄭立敏

關鍵字：高空拋物智能識別 高空拋物攝像機場景化設計

1 引言

2021年2月22日最高人民法院審判委員會第1832次會議，2021年2月26日最高人民檢察院第十三屆檢察委員會第六十三次會議，分別通過了《最高人民法院最高人民檢察院關于執(zhí)行<中華人民共和國刑法>確定罪名的補充規(guī)定（七）》，該《規(guī)定》明確了高空拋物罪罪名。2021年3月1日，最新刑法修正案生效，“高空拋物”正式入刑。當天，江蘇常州溧陽市人民法院審理了一起高空拋物案件：被告人徐某某高空拋物行為構成高空拋物罪，判處其有期徒刑6個月，并處罰金2000元。這是全國首例高空拋物罪案件。

隨著越來越多智慧社區(qū)的建設完成，人們生活的便利性大大提升，而愈演愈烈的高空拋物現象已然成為威脅人民群眾生命財產安全的重大隱患。依據常見的隱患處理原則，相關部門需要做到事前預防避免事故發(fā)生，事中干預降低事故損失，事后追溯判斷事故責任。但高空拋物具有突發(fā)性、瞬時性等特點，在物品拋出的一刻，高空拋物就已經進入到事中環(huán)節(jié)，瞬時結束，很難進行人為干預，所以做好事前預防和事后追溯成為監(jiān)管高空拋物的重心。

事前預防以行為文明和普法宣傳為主，事后追溯以視頻監(jiān)控技術手段為主，突出監(jiān)控威懾力，雙管齊下治理高空拋物。但并非所有的視頻監(jiān)控設備都適合應用在高空拋物場景，本文將從科技創(chuàng)新角度淺析高空拋物安全防范技術與應用，主要包括以下幾部分：

1）高空拋物的智能識別；

2）高空拋物攝像機的場景化設計；

3）高空拋物解決方案。

2 高空拋物的智能識別

高空拋物常見方案是對高層住宅外立面進行視頻監(jiān)控，從而起到取證和震懾作用，但僅僅通過視頻監(jiān)控并沒有辦法做到及時告警和對拋物事件進行快速的追溯追責。通過人工智能技術的加持，高空拋物監(jiān)控攝像機可以變得聰明起來，不但能夠“看到”并記錄高空拋物，還能夠識別和分析高空拋物的過程和軌跡并主動告警，進而配合相關部門執(zhí)法和物業(yè)管理人員上門督導，形成業(yè)務閉環(huán)。

實現高空拋物的智能檢測告警需要分為三步，一是對動態(tài)目標的檢測和跟蹤，側重于保障拋物目標的檢出；二是利用深度學習法對識別出的目標進行拋物行為判斷，側重于提升報警的檢出率和檢準率；三是形成事件處理閉環(huán)，在告警呈現上最大化滿足追溯要求。

高空拋物系列攝像機內置智能快速運動檢測算法，相比于常用的背景建模、幀差法和光流檢測算法具有顯著優(yōu)勢。例如幀差法無法避免攝像機輕微搖晃和樹葉晃動的誤檢，也無法適應光線變化?？焖龠\動檢測算法結合高空拋物快、小的特點可以將對動態(tài)目標的檢測轉換成一個二分類問題，簡單理解為判斷每個像素點的特征變化情況。快速運動檢測算法對樹葉抖動等干擾因素在算法層面可以進行過濾，結合自主研發(fā)的硬件模塊，實現高準確率和高效目標提取。

快速運動檢測算法可以過濾掉很多有規(guī)律的動態(tài)目標，比如樹葉或者晾曬衣物的晃動，但是可能存在一些誤報。跟蹤算法可以將目標組成軌跡幫助解決這一問題。一般的跟蹤算法都是采用框的重疊和關聯(lián)實現，但高空拋物的目標具有尺寸較小、運動速度快等難點，因此針對高空拋物自上而下運動方向規(guī)律，輕重物體拋下產生速度等物理規(guī)律情況，我們對跟蹤做了專項優(yōu)化，可以利用這些拋物的規(guī)律及軌跡連續(xù)性進行預測等特殊處理，從而提升目標跟蹤的穩(wěn)定性，進而提升拋物的檢出率。

為了提升事件判斷的準確性，高空拋物系列攝像機利用自主研發(fā)的深度學習算法對拋物行為進行識別，主要采用一種多模態(tài)信息融合算法，將圖像和序列的多源信息進行融合，取長補短實現多源信息的互補，同時結合高空拋物的運動特性，提升識別準確率,在保證檢出率的同時大幅降低誤報數量。自主研發(fā)的深度學習算法能夠檢出運動快、尺寸小的目標，同時也能夠實現雨滴、飛鳥、昆蟲、相機抖動等引起的誤報過濾。

在業(yè)務閉環(huán)方面，主要訴求是提升追溯檢索的便利性。依據跟蹤算法可以描點繪出拋物過程的軌跡，攝像機可以直接輸出疊加軌跡抓拍圖，并在輸出視頻中打上高低置信度告警標簽，從而提高管理人員對長時間監(jiān)控視頻的檢索效率。

為檢測出較小目標，高空拋物算法需要在大分辨率、高幀率的視頻中進行檢測，需要有較高的算力支撐?，F階段市面上多數普通攝像機無法承載高空拋物算法，常用的視頻編碼方式比如H.264、H.265等都不是無損編碼方式，特別是快速運動的小目標在編解碼后很容易丟失關鍵信息，因此，在編碼前對于圖像進行算法分析效果是最優(yōu)的。

高空拋物智能攝像機內嵌了自研的高空拋物算法，攝像機在前端實現智能運算可獲得較好的目標檢出效果，也能大大減少中心端集中處理海量視頻的壓力。

圖1 高空拋物示例圖

3 高空拋物專用攝像機場景化設計

科技創(chuàng)新不僅體現在視頻監(jiān)控智能檢測，同時包括滿足各類細分業(yè)務需求的場景化產品設計。高空拋物場景相比于常規(guī)監(jiān)控場景最顯著的差別是視場仰角的差異，由此帶來了一系列問題，傳統(tǒng)的監(jiān)控攝像機不能滿足實際要求，需要具備一些功能特性。

3.1 防水特性

攝像機仰拍的安裝方式導致攝像機前蓋面臨長時間暴曬和雨水侵蝕等問題，這會加速前蓋密封部件的老化。調研多個早期建設的高空拋物項目均反饋存在此類問題。高空拋物專用攝像機需具備比普通設備更優(yōu)良的防水特性。

高空拋物系列攝像機重新設計了防水密封結構，確保攝像機在各種條件下的防水密封性能。攝像機使用疏水/親水玻璃防止雨水積聚成水滴，在結構設計上盡量減小視窗面積，改變周邊集水區(qū)域的水流流向，從而盡量降低雨水對視窗的影響。

3.2 自清潔特性

落塵對畫面效果的影響非常大，特別是在我國廣大的干旱/半干旱地區(qū)，雨水較少難以經常沖洗落塵，長時間使用后設備攝像效果堪憂。同時，攝像機一般都使用立桿安裝，人工維護成本很高，給業(yè)主帶來很大的不便。

凝霜、凝露、降雪等天氣現象對于仰視的攝像機影響也非常大，嚴重時會導致攝像機完全無法正常成像。

高空拋物系列攝像機實現自主清潔功能是一次大膽的創(chuàng)新，也是一個成功的解決方案。雨天時通過雨水沖刷配合雨刷完成清洗工作，而長時間不下雨時設備則通過冷凝器收集從空氣中冷凝析出的水分進行定期沖刷清洗，時刻保持設備視窗干凈透亮，給維護人員帶來方便，減少人工成本。同時，攝像機支持視窗玻璃加熱功能，根據不同的情形自動調整加熱功率，實現除霧、除霜、除雪的功能，確保視窗透亮清晰。具體示例參見上圖2。

圖2 高空拋物自清潔攝像機外觀示意圖

3.3 防雜光干擾特性

在建筑物周邊仰拍監(jiān)控，經常會出現路燈、廣告牌等雜光干擾使畫面出現發(fā)朦現象。自清潔攝像機具備獨特的遮光罩設計。遮光罩與攝像機視場相接，最大限度地遮擋攝像機視場外的干擾光線，保障成像質量，具體參見圖3。

圖3 自清潔攝像機遮光罩示例圖

3.4 夜間全彩成像特性

高空拋物時間具有全天候性質，所以要求攝像機具備7＊24小時有效監(jiān)控檢測能力。但因為場景的限制，補光是不可接受的，一方面是因為監(jiān)控距離遠，范圍大，補光強度要求高；另一方面是因為在補光條件下，近距離的浮塵，小飛蟲等反光強，會完全掩蓋遠處的微小拋落目標。因此，攝像機需要有很強的低照度環(huán)境下的成像能力。

高空拋物系列相機采用“全彩”成像技術，通過F1.0超大光圈和1/1.2超大感光靶面來保障夜晚成像效果，呈現豐富的色彩和細節(jié)。其中F1.0超大光圈相較于普通攝像機F1.6光圈進光量提升約150%，讓色彩還原更精確，圖像細節(jié)更清晰，從而有效提升智能檢測的準確率。

圖4 某小區(qū)夜晚21:43效果圖

3.5 隱私遮蔽

高空拋物特殊的仰拍安裝方式常常引起人們對隱私保護的擔心，特別是對低樓層住戶?？紤]到高低樓層傷害性和危害性的不同，攝像機架設時應適當放棄對2-3樓以下的區(qū)域覆蓋。

另一方面，高空拋物系列攝像機支持16個隱私遮蔽區(qū)域，能充分滿足中低樓層窗戶遮蔽需求。并且隱私遮蔽區(qū)域不影響智能分析，事件發(fā)生時的抓圖和視頻記錄仍能做到繪出拋物軌跡清晰溯源，而平時無事件發(fā)生時，業(yè)主的隱私可以得到很好的保護。

4 高空拋物解決方案

現有技術手段無法完全做到事件無漏報、無誤報。因此，強調事件的檢出并允許一定比例的誤報是比較合適的處理策略。多數高空拋物方案均配套有7＊24小時全量存儲，確保錄像不缺失。對于所有檢測到的事件都予以存儲并打上標簽，方便后續(xù)快速檢索查詢。對于高置信度的拋物事件則進行彈窗報警，以便物業(yè)和相關部門及時有效處理。

高空拋物系列攝像機負責監(jiān)控和智能拋物檢測，視頻和事件告警通過網絡統(tǒng)一接入到中心端進行存儲與管理，相關告警可實時同步到展示大屏或手機終端，具體參見圖5。

圖5 解決方案架構圖

4.1 勘查選點，設備安裝

高空拋物攝像機架設方式概覽如圖6所示，需要正對目標建筑物進行安裝，建議安裝于檢測目標中間位置，與建筑物距離一般可選15-30m，覆蓋建筑物的寬度與分辨率、安裝仰角和水平建筑物間距有關。立桿高度對實際覆蓋高度影響較小，推薦立桿高度2-3m為宜，便于安裝和維護。

圖6 高空拋物攝像機架設方式概覽

對于總高較高或總寬較寬的建筑物，需要多臺設備搭配使用，以保證對目標建筑的完整覆蓋。攝像機架設時需向上仰，不同仰角覆蓋的高度不盡相同，畫面中越靠近上部的部分，縱向壓縮越嚴重，所以需要優(yōu)先保證橫向覆蓋寬度在合理范圍內。

4.2 拋物測試，驗證效果

完成設備安裝后可進行拋物調試，首先以監(jiān)控畫面正對建筑物為基礎調整上下覆蓋高度。以礦泉水瓶、煙盒等物體進行拋物測試，設備能正常檢測報警并記錄視頻。

圖7 高空拋物測試示例圖

5 結語

隨著高空拋物入刑和拋物追責主體的明確，高空拋物監(jiān)管需求已呈現快速增長趨勢。高空拋物的監(jiān)管重心仍是事前預防，技術威懾將是其中最重要的一環(huán)。而不論技術如何升級，以科技創(chuàng)新手段解決新需求、新問題始終是科技發(fā)展不變的初心。