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從高像素IP攝像機(jī)談監(jiān)控系統(tǒng)智能化與集成化的發(fā)展

本文分析了當(dāng)前CCTV系統(tǒng)的不足和IP攝像機(jī)的世界發(fā)展情況,特別介紹了高像素IP攝像機(jī)談監(jiān)控系統(tǒng)智能化與集成化的發(fā)展,供讀者參考。
文/游永慶

視頻監(jiān)控從過去的純模擬技術(shù),到現(xiàn)在模擬與數(shù)字混合為主的技術(shù),發(fā)展速度極其驚人。隨著科技快速發(fā)展和信息化、智能化、多樣化應(yīng)用的需求,無庸置疑,視頻監(jiān)控走向完全數(shù)字化(即IP化)將是不遠(yuǎn)的事情。人們紛紛預(yù)測到2011年左右,世界IP化監(jiān)控系統(tǒng)將占半壁江山,并將快速、最終完全取代模擬系統(tǒng)。

近幾年,國內(nèi)外CCTV廠家紛紛推出IP攝像機(jī),從市場情況和近期的安防展會(huì)來看,歐美企業(yè)似乎比模擬市場占主導(dǎo)地位的日、韓企業(yè)走得快些。瑞典的AXIS,美國的ARECONT、IQINVISION,德國的MOBOTIX,加拿大的LUMENERA等歐美品牌顯然要比日本的SONY、PANASONIC、SANYO,韓國的SAMSUNG、LG在市場上來得閃亮與耀眼。國內(nèi)的CCTV企業(yè)如大華、海康、明景、宏天智、恒億等都在開發(fā)自己的IP攝像機(jī),但基本上還是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)而已(盡管也已達(dá)200-300萬像素),與歐美品牌在智能化、集成化上相比,還有不少差距。

自2007年底以來,通過與歐美及多家國內(nèi)企業(yè)進(jìn)行IP攝像機(jī)產(chǎn)品交流與行業(yè)對比探討,同時(shí)認(rèn)真、細(xì)致地研究了MOBOTIX公司產(chǎn)品,包括功能驗(yàn)證、性能測試,及實(shí)地參觀、考察了位于德國的這家圖像軟件開發(fā)公司??梢钥吹贸?,其高像素IP攝像機(jī)在智能化、集成化方面具有一定的特色。

傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的觀念誤區(qū)

誤區(qū)一:實(shí)時(shí)監(jiān)看,疲勞且無效
我們都熟知哈佛(Harvard)的試驗(yàn),人在看電視時(shí),50%的人會(huì)專注于兩個(gè)籃球隊(duì)之間球的轉(zhuǎn)移,而不會(huì)注意到大猩猩(球隊(duì)的吉祥物)走到視野區(qū)域并從視野區(qū)中走出的情況。相似地,在一個(gè)軍事研究中,試驗(yàn)表明在12分鐘連續(xù)觀察2個(gè)或更多的順序排放的監(jiān)視器后,觀察者將錯(cuò)過對45%的場景的觀察,在大約22分鐘后,會(huì)錯(cuò)過95%的場景。

現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)大多建有電視墻(領(lǐng)導(dǎo)的政績觀也是重要因素),要保安人員盯住監(jiān)視器以發(fā)現(xiàn)警情。實(shí)際呢,電視墻成了“花瓶”,僅給上級(jí)參觀用。據(jù)說,平安城市工程中,派出所往往讓系統(tǒng)集成商雇人來看監(jiān)視畫面,警察自己寧愿上街巡查也不愿意坐在電視墻前。

誤區(qū)二:實(shí)時(shí)錄像,無益又浪費(fèi)
由于實(shí)時(shí)監(jiān)看不符合人的心理與生理特征,為了不漏掉沒有發(fā)現(xiàn)的警情,只好把所有的視頻全錄下來,以便事后調(diào)閱。公安部要求記錄時(shí)間不少于30天。于是,硬盤錄像機(jī)代替了人的疲勞,硬盤從開始工作到完全磨損至死都是一直不停地轉(zhuǎn),有事無事都在錄,其勤懇“一生”所記錄內(nèi)容的90%卻是垃圾——無用的視頻。我們做過統(tǒng)計(jì):16路CIF錄像30天,MPEG4格式,至少要用1.5TB的硬盤。

誤區(qū)三:監(jiān)而不控,事后諸葛亮
既然實(shí)時(shí)觀看人疲勞,錄像機(jī)又只會(huì)悶頭錄,真正發(fā)生情況時(shí)卻得不到及時(shí)的報(bào)警,只有等到發(fā)生后再來調(diào)閱取證,往往錯(cuò)過了最佳案情處置時(shí)機(jī),損失已經(jīng)無法挽回。如,博物館的珍品第二天早上上班時(shí)發(fā)現(xiàn)被盜,然后向警察報(bào)案,警察來了再調(diào)閱昨晚的監(jiān)控錄像,分析嫌疑人,此時(shí)嫌疑人可能已飛到地球的另一端了。2007年12月21日,在南美巴西圣保羅博物館價(jià)值1億美元的畢加索畫作被盜與瑞士博物館2008年2月11日價(jià)值9000萬美元的塞尚、德加、梵高、莫奈名畫被盜案就是一個(gè)明證。

如果案件發(fā)生時(shí),監(jiān)控系統(tǒng)能自動(dòng)報(bào)警且采取行動(dòng)如打開燈光、封鎖出入口,情況肯定不會(huì)那么糟糕。

MOBOTIX給人的清新
MOBOTIX IP攝像機(jī)的設(shè)計(jì)是完全基于克服傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)以上三個(gè)誤區(qū)而進(jìn)行的,可以說是一種全新的監(jiān)控理念,大家不妨通過圖1來打量一下它耳目一新的方方面面。

高清的圖像,獨(dú)立的日/夜、遠(yuǎn)/近鏡頭
傳統(tǒng)的CCTV其像素大約在40萬,最大也就是D1的分辨率,所以大家自然對其數(shù)碼變焦多少倍數(shù)也就不屑一顧了,沒有實(shí)際應(yīng)用意義。該攝像機(jī)采用1/2英寸CMOS芯片,可以達(dá)到320萬像素(2048X1536),雙鏡頭的攝像機(jī)可以構(gòu)成全景180度的圖像,達(dá)640萬像素,幾乎相當(dāng)16個(gè)模擬攝像機(jī),大大減少了攝像機(jī)安裝個(gè)數(shù)和工程造價(jià)。如此高像素的全景圖像自然就省去了云臺(tái)、變焦,采用我們稱之為“虛擬PTZ”的方法,就可以查看圖像的任何細(xì)節(jié)部分,相當(dāng)于在一個(gè)詳細(xì)的地圖上我們用放大鏡可以找到所需的一切, 村莊、道路、橋梁。

不僅如此,該雙鏡頭攝像機(jī)不但可以配置為全景攝像,也可以配置成一個(gè)近焦、一個(gè)遠(yuǎn)焦鏡頭,實(shí)現(xiàn)深景效果。也可以配置成一個(gè)彩色(白天用)、一個(gè)黑白(晚上用)鏡頭,實(shí)現(xiàn)真正的日/夜轉(zhuǎn)換,效果遠(yuǎn)比模擬攝像機(jī)一個(gè)鏡頭靠雙濾光片切換要強(qiáng)得多,至少?zèng)]有了容易損壞的移動(dòng)機(jī)械部件,包括光圈,大大減少了維護(hù)成本。

“大安防”概念的防盜報(bào)警一體集成
從圖1可以發(fā)現(xiàn),該攝像機(jī)具有“大安防”的概念,它集成了用于偵測警情的各種傳感器:被動(dòng)紅外偵測(人員入侵)、圖像移動(dòng)偵測、聲音偵測(如爆炸、打雷、鳴笛、吵架)、亮度變化檢測(開燈、閃電)、環(huán)境溫度變化檢測(如火災(zāi)、氣象觀測)、開關(guān)量檢測(如門磁、按鈕)等等,大大減少了安防系統(tǒng)工程的復(fù)雜性——沒有了傳統(tǒng)安防系統(tǒng)天羅地網(wǎng)的布線。同時(shí),它也集成了多個(gè)告警功能:自帶喇叭(現(xiàn)場告警)、LED燈指示、開關(guān)量輸出(開燈、鎖門等)、外接大功率喇叭。還有許多軟件報(bào)警功能:通知下一個(gè)攝像機(jī)聯(lián)動(dòng)、發(fā)圖像給巡邏人、大畫面彈出、撥打IP電話、發(fā)EMAIL等。因此不僅僅是個(gè)攝像機(jī),而是一個(gè)完整的安防報(bào)警系統(tǒng),包括了公共廣播。

一切以發(fā)生“事件(警情)”為行動(dòng)的指南
強(qiáng)調(diào)“事件”(EVENT),貫穿系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行,是智能化的基礎(chǔ)信息,這里的事件就是我們通常所說的“警情”,該攝像機(jī)給用戶20多種豐富事件應(yīng)用,見表1。我們可以自由定義事件的許多屬性,如大家熟悉的移動(dòng)偵測,在傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)里,只能簡單地判斷設(shè)定的區(qū)域圖像前后幀是否發(fā)生了改變,沒有定量的判斷。但是在該攝像機(jī)中,可以對設(shè)定的圖像區(qū)域(窗口)進(jìn)行四維分析判斷:圖像變化的面積和前后幀像素亮度變化的范圍,同時(shí)還有一個(gè)參考區(qū)域,可以大大防止錯(cuò)誤報(bào)警(如陽光因天氣變化不報(bào)警,而燈光變化可以報(bào)警),這就是一個(gè)非常智能的移動(dòng)偵測,傳統(tǒng)系統(tǒng)是無與倫比的。

事件邏輯判斷是其高度智能化的代表
事件的邏輯判斷是其智能化的代表性特征。大家知道,世界著名的圖像分析軟件公司Object Video是給用戶提供第三方智能分析軟件的最大公司,其軟件是針對用戶個(gè)性需求而設(shè)計(jì)的,運(yùn)行在圖像存儲(chǔ)的后端,價(jià)格自然昂貴,只有軍方和特殊部門如美國情報(bào)部門CIA和調(diào)查部門FBI才能用得起,基本上是針對非民用的。不過,在該攝像機(jī)里設(shè)計(jì)的智能,大多是給尋常百姓應(yīng)用的,如判別物體的大?。ㄜ囕v與行人的區(qū)別)、事件計(jì)數(shù)(出入口人員統(tǒng)計(jì)、春天里一共打了多少雷、低于某溫度的天數(shù))、事件的邏輯判斷。我們不妨來看看事件邏輯的應(yīng)用,這里的事件邏輯是指以上羅列的2個(gè)事件間存在的時(shí)間順序、方向等關(guān)聯(lián)關(guān)系。舉例說明,在某道路上,汽車從東向西開是合法的,否則是非法的,這可以用來監(jiān)視單行道路或車輛違法變線(如圖2所示)。再舉個(gè)例子,貨場出入口,要求要拍攝貨車前后車牌、車底狀況、司機(jī)面貌,四臺(tái)攝像機(jī)需要聯(lián)動(dòng)工作,就需要相互的在邏輯上的時(shí)間判斷,保證貨場的貨物進(jìn)出是有準(zhǔn)確的取證的。

分布式控制、存儲(chǔ),無中心概念
不管模擬CCTV還是模/數(shù)結(jié)合的CCTV系統(tǒng),都有系統(tǒng)中心的概念,如存儲(chǔ)中心、監(jiān)視中心、管理(控制)中心等硬中心,還有級(jí)別意義上的軟中心,如派出所、分局、市局、省廳等,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。但是該攝像機(jī)其本身就是一個(gè)裝有LINUX系統(tǒng)的高級(jí)計(jì)算機(jī)PC,IP網(wǎng)絡(luò)上,如同INTERNET上的一臺(tái)主機(jī),完全沒有主從的概念,在網(wǎng)絡(luò)上和其他設(shè)備如存儲(chǔ)服務(wù)器、管理機(jī)、瀏覽器處于完全平等地位,只有使用權(quán)限的差別,沒有地域、時(shí)間上的差別。所以該產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就是互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
無中心的結(jié)果,就使得圖像的存儲(chǔ)可以分布式放到網(wǎng)絡(luò)上任何的PC或服務(wù)器上,大大減少集中存儲(chǔ)帶來的巨大風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí),無中心就可以使用戶可以在任何地方通過PC、PDA、3G手機(jī)等訪問/查看攝像機(jī)的圖像,如在家里或公司可以看見自己工廠的生產(chǎn)線、專賣店的人流、電站設(shè)備的運(yùn)行、工廠的非法排污、老虎在森林里的出沒等情況。

由于該產(chǎn)品的用戶端軟件是IE和免費(fèi)的MXCC,任何用戶幾乎不用花錢,就享有1500路進(jìn)/30路出的超級(jí)數(shù)字矩陣功能,這是其他IP攝像機(jī)系統(tǒng)無法比擬的。

智能暴光
由于該攝像機(jī)沒有電子機(jī)械光圈(ALC),圖像的明暗暴光程度完全由軟件來自動(dòng)控制,一般情況下是不需要用戶另外來設(shè)置暴光時(shí)間的,盡管其最快暴光時(shí)間為1/8000秒。如果使用環(huán)境比較特殊,如室內(nèi)外存在極大的亮度反差、道路上有強(qiáng)烈的燈光照射而想看清車牌,這時(shí)你可利用它豐富的智能暴光設(shè)置,就可達(dá)到非常滿意的拍攝效果。比如,你可以設(shè)置2個(gè)暴光小窗口,車輛的大燈一旦進(jìn)入這2個(gè)窗口,圖像上的燈光會(huì)自動(dòng)降到足夠讓你看清車牌的程度。

2008年3月,我們在廣深高速公路上可以清晰地拍攝到時(shí)速110公里的車輛車牌,無論是白天還是晚上。

在模擬系統(tǒng)中,在寬動(dòng)態(tài)與強(qiáng)光抑制功能設(shè)計(jì)上,對于那些自稱有DSP開發(fā)能力的公司,不管采用雙AGC技術(shù)還是多次暴光技術(shù)或直方統(tǒng)計(jì)技術(shù),都是一個(gè)頭疼的問題,不是色彩產(chǎn)生偏差就是效果有限,都不盡人意。這方面,該產(chǎn)品確實(shí)是個(gè)技術(shù)上的重大突破。

智能錄像,比模擬系統(tǒng)節(jié)省90%的磁盤空間
由于該產(chǎn)品的一切行動(dòng)是基于“有事”(即事件或叫警情發(fā)生),錄像也是一種行動(dòng),當(dāng)然不例外。你可以事先設(shè)置好要錄像的圖像區(qū)域(如車牌),當(dāng)有事件發(fā)生(如有車進(jìn)入)時(shí)才進(jìn)行拍照或?qū)崟r(shí)錄像,對于事件前后的情景可以少錄甚至不錄,大大地節(jié)省了磁盤存儲(chǔ)空間,也降低了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)。

還有一個(gè)特色,該產(chǎn)品機(jī)內(nèi)自帶128MB的緩存,如果網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障或阻塞,錄像的內(nèi)容可以暫時(shí)保存在緩存內(nèi),一旦網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常,該產(chǎn)品可以把“欠賬”補(bǔ)發(fā)出去。

真正的全天候氣象生存能力
中國是個(gè)地域遼闊的國家,東西南北氣候差異極大,夏天南方的道路溫度可以達(dá)到60℃,冬天漠河的最低氣溫可以達(dá)到零下—40℃以下。南方的梅雨季節(jié)或夏天的雨后,空氣的相對濕度達(dá)90%以上,這就要求戶外的攝像機(jī)有足夠的生存能力。對于模擬攝像機(jī),要么不工作,要么就是增配加熱器(電熱絲)、散熱器(如球機(jī)內(nèi)的風(fēng)扇),但這些裝置往往是容易損壞的,維護(hù)成本居高不下。

該攝像機(jī)可以在低溫—30℃以下、高溫60℃時(shí)工作,基本上滿足了中國絕大部分區(qū)域的氣候要求。這點(diǎn),在南極科考站的氣象觀測使用就是明證。為了驗(yàn)證這一點(diǎn),我們2008年1月30-31日(春節(jié)前夕),親自把該攝像機(jī)放到零下—34℃的漠河市雪地上進(jìn)行實(shí)地測試,工作4小時(shí),一切完全正常。對于高溫實(shí)地應(yīng)用,也準(zhǔn)備在今年夏日進(jìn)行測試,但由于只有最多3W的功耗,不需要加散熱器,如風(fēng)扇。
IP65級(jí)的防塵防水設(shè)計(jì),足可以滿足除了水下攝像的一切使用環(huán)境。

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