视频监控回顾与展望课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,回顾与前瞻,视频监控技术,公安部第一研究所李仲男,图像技术的特点及在安防中作用,视频监控在安全防范中的地位和作用日益突出，,是因为图像（视频信号）本身具有信息量大的特点，,它通观全局、一目了然、判断事件有极高的准确性。,有,“,安防起步于入侵探测，发展于视频监控,”,之说。,图像技术之所以成为安防系统的核心技术，其本,质在于图像技术表达信息的完整性和真实性。,图像技术的特点,图像技术的基本特点,既具有空间分辩能力，又具有时间分辨能力。,不仅可用于目标的分类和识别，还可用于过程的分析和识别。,图像系统输出的模拟量信号，可以作进一步的处理、变换、特征提取、比对和识别。,表现于视频监控，系统既能获得探测目标的信息、,又能得到环境的信息；既有静态的信息，又有动态的,信息。具有极高的真实性。,人们把安防系统固有问题（误报警率高、无法过程控制）的解决，寄望于图像技术。,图像技术的特点,生物特征识别的核心技术,安全领域研究的热点，其核心技术是图像技术，即,图像识别。因此、图像技术集探测、监控、特征识别,等（安防基本要素）为一体，产生全新概念的安防系,统，实现安防技术的飞跃。,已有了初步的应用，带来的变化也初露端倪。,但整,体上还是朦胧的，如系统的形态和运行方式，就,像“云”。,视频监控的发展历程,视频监控图像技术的一种应用形式，应用电视的一个类别。,应用电视与广播电视是电视技术前进的两个轮子，具有共同的技术基础，采用基本相同的制式，基本设备互联、互换。但两者在应用方式和系统形态上有着明显的差别。,广播电视向广大受众传播（发散）图像信息，注重人的视觉感受；,应用电视则是图像信息采集系统。强调图像信息的实时、完整和真实。可以说：应用电视的发展空间是无限的。任何自动化、智能化系统都是其应用的领域，安全占有很大的部分。,视频监控,应用电视一直围绕着图像生成和图像信号传送两个环节，特别是摄像器件而发展。得到高质量的图像信息、并能高保真地传送到更远的地方是电视技术应用价值的关键。,CCD,摄像器件,以,LSIC,为基础，本质上适于大批量生产、质量和成本控制的特点。很快成为摄像器件的主流。,低价格和长寿命改变了应电的形象，为其普及起到了极大的推动作用。,三十多年的发展，品质日益完善。材料、工艺不断进步，芯片尺寸由大到小，像素由少到多，而灵敏度却更高，图像质量更好。,视频监控,光电转换单元结构：,MOS,（金属氧化物二极管），新型的,HAD,（空穴积累光敏二极管）结构。,后者光电转换效率（灵敏度）高。成为彩色,/,黑白（日,/,夜）自动转换摄像机的主流器件。,光纤传输,视频信号传输是限制应用范围的关键。,同轴电缆基带传输简单可靠、附加设备少，带宽窄、损耗大、失真大、易受干扰，,光纤传输技术开辟了通信的新时代，具有损耗小、频带宽、失真小、抗干扰性好的特点，很快在视频传输系统中得到应用。光纤传送视频信号，无中继传输距离可达几十到几百公里。,大型监控系统由此而生，如城市交通、治安管理等。,视频监控,CCD,摄像机、光纤通信已成熟，技术指标达到很高水平。为视频监控、也为社会、经济各领域带来巨大（革命性）的变化，成为信息社会的基础。,大家知道：,09,年诺贝尔物理奖第一次授予应用技术，获奖的两个发明就是,CCD,和光导纤维。,控制设备,监控系统中重要且有特色的部分，微处理器、单片机的提高，专用,LSIC,、,ASIC,和多媒体技术的应用，使其在功能、性能、可靠性等方面都发生巨大的变化，,典型是视频矩阵，使系统构成更加方便、灵活，人机交互界面更为友好。并且成为系统集成的核心。,视频监控,数字录像设备（,DVR,）,最具中国特色的监控设备，替代磁带录像机成为通用的图像存贮设备，也是小型系统的控制设备。,平板和大屏幕显示,近年来发展很快，监控中心更有气势、更人性化。,综上所述、,应用电视已达到了很高的水平。摄、传、控都有了长足的进步。,CCD,摄像器件和光纤通信技术的出现是划时代的。但视频监控的系统模式并没有本质的改变，仍处于经典的形态。,系统的工作方式没有改变，主要是以人的直接观察（目视解释）来提取图像有用信息，系统主要以前台管理为主。,视频监控,视频监控正处于从经典向现代转变的过程中，将逐步转变为以图像探测和图像处理为核心，这个过程即所谓“三化”。,数字化,、,目前、系统大量应用数字技术和数字设备。数字化的真正实现是系统中的信息流从模拟转为数字，并与其它系统在传输层上集成。,数字化是智能化和网络化的前提。,智能化,、,系统不是分别、孤立地反映事件，而是全面地、从它们之间的相关性和变化过程的特征去分析和判定，从而得出真实的探测结果。要求系统具有信息（各种）处理、分析和综合的能力。,视频监控,智能化在不同的时期和技术条件下有不同的含义，智能化是自动化的最高境界,自主、优化的调节和准确、协调的互动。,网络化,，,监控系统的一个趋势，利用公共信息网络来构成系统很普遍。,系统由封闭（专用）向开放转化，由固定设置向自主生成转变。也将促进安全服务业的发展和完善。,网络化适应监控技术与通信和信息,.,及家电等技术融合的趋势。,以上“三化”是监控技术正在发生或即将发生的变化，是有目共睹的。又是当今各种技术发展的共同趋势，符合当今技术的融合的大趋势。,视频监控,多种技术可能一个共同的关键点上实现突破，如现代信息技术将是计算机技术、通信技术和电视技术融合的产物，图像压缩是,HDTV,、多媒体、大容量通信共同解决的关键。从不同的角度可以规划出同一个产品，一种技术和产品在不同的技术体系中都有适当的位置。,三化过程必将促进视频监控与其它相关技术的集成和融合（信息安全、开放式服务系统的安全、智能建筑、环境监控、生产安全等）。,安防监控的概念模糊了，界限也不清楚了，又将回归于应用电视。,大型视频监控系统,近年来、大型城域视频监控系统的建设热起来了，一些城际间的远程监控网也在规划之中。,直接的诱因是伦敦爆炸案，实质上、是公共安全对扩大社会的掌控面（视频监控系统的覆盖面）的迫切需求。同时、也是视频监控技术进步的结果，上述摄、传、控技术性能的提高：特别是图像压缩技术和网络环境使远程监控成为可能。因此、在构建新的公共安全系统时，大型视频监控网成为首要的、甚至是唯一的选择。,“大”有两个含义：一是系统监控范围大，图像信号的传输距离长：二是摄像机数量大，系统的监控点多。其规模远远超出了以往的视频监控系统。,大型视频监控,量变导致质变，大系统的设计目标、系统结构、功能要求，评价方法、运行和管理等都会出现我们没有经验过的新概念、,系统从局部的生命财产的保护逐步转变为全局性的公共安全管理；,从微观静态的防范系统转变为宏观动态的监控体系；从应急反应体系转变为预测预警体系。,系统已不是用于防盗、抢、破坏等目的了，因此、简单地把过去的系统扩大就会出现一些问题，如，对于实时监控，图像质量不好，延时、抖动、分辨力低；对于存贮图像，因内容不确定，而可用性（价值）很低。,大型视频监控,要在认识（基础理论）和技术上做好充分的准备，给安防技术以新的定位：产生新安防的概念。,要全面细致地、实事求是的作好规划，不要搞运动式地一哄而上；,技术不是万能的、也永远不是最后的解决方案，它的局限要通过其它方法来补充。,城市治安动态监控系统的模式主要有以下三种：,网络的增值业务,，监控中心就是一大网站或大客户端，有些系统具有独立的存贮。,网络提供业务、运行、维护和技术升级的全面服务。,大型视频监控,利用,公共网络平台,，建立一系列专用服务器（网管、通信、视频、流媒体、存贮、安全等），这些服务器可以是物理的、也可是逻辑或虚拟的。它与前者没有本质的差别，只是把部份公共资源专业化。,目前两种模式很普遍，充分表现了,IT,业的优势（资源、技术、服务），但没有表现安防的特点。,安防的特点,（特殊要求）：,安全性，仅防暴、防伪、隔离公网不够。,图像信息的安全是重点，不被乱用，通过平台传播；,特别是保密单位的系统。要有专门的安全策略（认证、加密；访问控制、屏蔽）；,大型视频监控,系统资源的安全，保证系统可靠运行和质量服务。对重要部位要采用,VPN,技术；采用专门的隧道、加密技术；,通过,QoS,机制对网络资源分配进行控制。,特别重要的部位要采用专网，物理上保证资源和安全性，也保证了系统的图像质量。,要针对系统的不同应用（实时、记录、分析、识别等），提出不同的图像质量要求，并通过分别的资源配置来保证。,因此、要,采用专门系统设备,，其功能主要有：,交换功能，多种方式输入，网口、模,/,数缆或光口，图像是压缩或不压缩，不同图像格式等；,大型视频监控,多种输出方式，解码、色压缩，数,/,模、,VGA,，可接电视墙，显示器、,SAN,、盘阵或网络。,网管功能，异构网的互联，,VPN,实现、,资源配置及,QoS,、,安全策略等各种应用服务（中间件）；设备的状态监控和遥控。,第三种模式，体现安防的特点，满足安防的要求，要通过技术创新、开发新设备来实现。,更适合中小城市系统，小城市系统的模式不应与大,城市相同，值得研究。,要结合城市的特点和警务工作、管理需求，提出适当的系统结构和产品配置。促进安防是从中心城市走向中小城市。,安全摄像机,监控系统（特别是安全系统）要求摄像机具有很高的环境适应性（照度、视场、气候），它不同于广播，不能改造环境，于是出现了专用（安全）摄像机：,高灵敏度,高于人眼灵敏度的暗光以上级摄像机（公安定义）。,实现高灵敏度的途径：芯片、积累、信号处理。,如,CCD,摄像器件的：,MOS,、,HAD CCD,和,EMCCD,。,HAD CCD,通过二极管（,PN,结）下势阱积累电荷；取消电极和绝缘层、提高兰光透过率，减小表面噪声，提高灵敏度。是日,/,夜自动转换型摄像机的主流芯片。,安全摄像机,EMCCD,增大转移电 压,（,60V,），,使转移电子得到能量，轰击势阱，产生电子倍增效应，获得增益。使,CCD,摄像机从暗光级提高到准微光机。,图像积累,可提高摄像机的灵敏度（相当增加曝光时间），利用,CCD,摄像器件势阱存贮和积累电荷的功能进行图像积累和利用,DSP,进行图像积累都可提高灵敏度。,图像积累降低了帧频，对静止目标可得到很好的效果，运动目标会变得模糊。,数字降噪技术,（,DNR,）,降低背景噪声，特别是网格型的噪声，从而提高摄像机灵敏度。常用的同态滤波，由,DSP,来完成。,以上三者结合，可实现微光级摄像机。,MOS,器件,HAD CCD,光子,N,区（,PN,结）,电极,电子 氧化（绝缘）层,P,型硅 阱（耗尽层）,EM CCD,增益电子,DPS,安全摄像机,宽动态,两层含义：整个图像适应最高照度和最低照度变化的范围,(,时间域,),；一幅图像适应最高亮度和最低亮度变化的范围,(,空间域,),。安全主要关注后者。,双曝光,和,多重取样,是效果最好的实现方法，改善图像的直方图，符合视觉特征。前者采用,CCD,器件、结合,DSP,；,后者则采用,DPS,。,CMOS,解决了原有问题后，优点突出了，特别是寻址方式可每个像素单独的读出（,CCD,不行），使之可以直接数字化并与,DRAM,、,DSP,连接,(,多层结构,),。因此、适合于,IP,摄像机和多重取样宽动态摄像机。,目前、宽动态的评价还不统一。可采用直方图分,析的方法。,安全摄像机,总之：,决定摄像机性能有三个核心技术（部件）：摄像器件、,BSP,、图像处理算法（软件）。,早期摄像器件决定一切（基本限值），如结构、材料决定灵敏度、像素决定分辨率等；,数字技术的应用提高了摄像机性能，,DSP,成为另一核心部件，完成视频通道的主要功能（伽玛、,AGC,、,EI,、白平衡等），还可以进行积累、运算，实现宽动态，提高灵敏度。,图像