張澤玲

無(wú)論是在商場(chǎng)銀行，還是在街角路邊，監(jiān)控?cái)z像頭似乎已經(jīng)司空見(jiàn)慣。在大家的印象里，監(jiān)控?cái)z像頭跟我們手機(jī)里的攝像功能非常類(lèi)似，只不過(guò)是攝像功能一直在工作而已。但其實(shí)，監(jiān)控?cái)z像還有很多獨(dú)門(mén)秘技，能給我們更多的“神助攻”來(lái)阻止怪盜下手。下面我們就來(lái)研究一下監(jiān)控?cái)z像的幾個(gè)必殺技是如何練就的。

紅外成像

在光線(xiàn)比較暗的情況下，不只是我們?nèi)祟?lèi)的肉眼看不清物體，各種相機(jī)、攝像機(jī)也一樣無(wú)能為力。此時(shí)我們就要求助于紅外成像技術(shù)。普通照片、視頻的成像原理是檢測(cè)記錄物體漫反射發(fā)出的可見(jiàn)光，即波長(zhǎng)為380～740納米的電磁波。檢測(cè)的原理則是我們大家熟悉的光電效應(yīng)。光的波粒二象性表明光既是電磁波也是光子，光子擊打在某些半導(dǎo)體材料上會(huì)激發(fā)出這些材料里的自由電子從而產(chǎn)生電流。不同波長(zhǎng)和強(qiáng)度的光，由于光子能量和數(shù)量的不同會(huì)產(chǎn)生不同的電信號(hào)。因此只要放大檢測(cè)，分析這些電流信號(hào)，就能還原出光線(xiàn)和色彩從而得到圖像。

紅外線(xiàn)是波長(zhǎng)長(zhǎng)于0.75微米的電磁波，因?yàn)槲挥诳梢?jiàn)光光譜以外，所以并不為人眼所見(jiàn)。雖然人類(lèi)看不見(jiàn)，但其實(shí)自然界中的所有高于絕對(duì)零度的物體都在向外輻射紅外線(xiàn)。不同物體和同一物體的不同區(qū)域，輻射出來(lái)的紅外線(xiàn)信號(hào)也有所不同。紅外線(xiàn)成像技術(shù)，就是檢測(cè)物體輻射或反射出的紅外線(xiàn)來(lái)成像。一般來(lái)講，溫度越高的物體輻射出來(lái)的紅外信號(hào)就越強(qiáng)。但由于很多物體的溫度不高溫差不大，因此我們常見(jiàn)的監(jiān)控?cái)z像夜視功能，會(huì)利用能產(chǎn)生紅外線(xiàn)的LED來(lái)主動(dòng)發(fā)出紅外線(xiàn)，“照亮”監(jiān)測(cè)的區(qū)域，就好像我們照相時(shí)開(kāi)閃光燈一樣。另外大家應(yīng)該都能注意到，大部分紅外夜視圖像都只有灰度沒(méi)有色彩，這是因?yàn)榧t外夜視設(shè)備一般不會(huì)去嚴(yán)格區(qū)分紅外線(xiàn)波長(zhǎng)。紅外夜視設(shè)備需要更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來(lái)嚴(yán)格區(qū)分紅外線(xiàn)波長(zhǎng)，但紅外線(xiàn)本身在人可見(jiàn)的色彩區(qū)域以外，不能直接對(duì)應(yīng)可見(jiàn)光里各種顏色的光譜，因此無(wú)須畫(huà)蛇添足。

所以即便怪盜夜半來(lái)訪(fǎng)，只要進(jìn)入紅外線(xiàn)夜視的監(jiān)控范圍，也一樣無(wú)所遁形。

移動(dòng)偵測(cè)

相信在不少人的印象里，監(jiān)控系統(tǒng)的樞紐都是一個(gè)有著很多屏幕的監(jiān)控室，里面值班的安保人員要一直盯著各個(gè)屏幕看，有什么異常情況就及時(shí)報(bào)警。所以是不是我們非要安排一個(gè)人在屏幕前一直盯著看，才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)怪盜是否來(lái)行動(dòng)了呢？那監(jiān)控室的值班人員一旦疏忽沒(méi)看見(jiàn)怎么辦？其實(shí)我們大可不必?fù)?dān)心這一點(diǎn)，因?yàn)楝F(xiàn)在的監(jiān)控?cái)z像基本都有了移動(dòng)偵測(cè)功能：只要有物體在監(jiān)視范圍內(nèi)移動(dòng)，都會(huì)被監(jiān)視系統(tǒng)捕捉，并按照設(shè)定的程序進(jìn)行錄像并報(bào)警（當(dāng)然，本案中的怪盜采取了另一種方式來(lái)遮蔽監(jiān)控的視線(xiàn)，那就另說(shuō)了）。

那么監(jiān)控?cái)z像頭是如何做到這一點(diǎn)的呢？與紅外成像的原理不太一樣，監(jiān)控系統(tǒng)的移動(dòng)偵測(cè)功能并不需要特殊的成像功能，而是更多依賴(lài)于對(duì)攝像頭拍攝圖像的分析處理。大家應(yīng)該知道，視頻電影等人眼所見(jiàn)的動(dòng)態(tài)其實(shí)是連續(xù)拍攝的單張畫(huà)面后，按拍攝時(shí)間順序連續(xù)播放的結(jié)果，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)就是在快速分析對(duì)比這些連續(xù)的單張畫(huà)面。有些分析方法是對(duì)比每一幀畫(huà)面與前面一幀的區(qū)別，根據(jù)找出的不同來(lái)判斷是否有物體在移動(dòng);有些則是根據(jù)之前拍攝的很多幀畫(huà)面來(lái)先算出一個(gè)固定的“背景圖像”，一旦新拍攝的畫(huà)面與背景圖像有巨大的不同，便可以認(rèn)為畫(huà)面中有物體在運(yùn)動(dòng)。這兩種方法各有優(yōu)劣，但每種方法都能保證，一旦在寂靜無(wú)人的博物館里有運(yùn)動(dòng)的物體出現(xiàn)在監(jiān)控?cái)z像的“視野”里，都能被及時(shí)捕捉。

圖像識(shí)別

紅外夜視和移動(dòng)偵測(cè)雖然強(qiáng)大，但其實(shí)我們忽略了一點(diǎn)：如果怪盜在白天人多的時(shí)候下手怎么辦呢？白天本就不需要夜視，人多的時(shí)候監(jiān)測(cè)到的移動(dòng)物體可能是別的游客而非怪盜。這時(shí)候我們就需要監(jiān)控系統(tǒng)依靠機(jī)器學(xué)習(xí)AI技術(shù)“進(jìn)化”出的新功能——圖像識(shí)別。

相信大家對(duì)iPhone所帶的Face ID功能都不陌生。監(jiān)控系統(tǒng)的圖像識(shí)別功能跟Face ID類(lèi)似，并且不僅限于靠著“刷臉”就能認(rèn)出是誰(shuí)，還能識(shí)別其他的物體。比如說(shuō)架設(shè)在高速公路的某些交通監(jiān)測(cè)攝像頭，能專(zhuān)門(mén)追蹤識(shí)別車(chē)輛的牌照，一旦發(fā)現(xiàn)了可疑的目標(biāo)車(chē)牌號(hào)，就會(huì)在系統(tǒng)里記錄拍攝時(shí)間地點(diǎn)并報(bào)警。車(chē)牌號(hào)因?yàn)橛泄潭ǖ慕Y(jié)構(gòu)和模式所以還算好識(shí)別，要檢測(cè)人臉就必須依靠機(jī)器學(xué)習(xí)。與機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練出來(lái)識(shí)別貓狗的模型類(lèi)似，人臉識(shí)別也使用了深度學(xué)習(xí)，并且利用大數(shù)據(jù)不斷訓(xùn)練提高模型的準(zhǔn)確度。訓(xùn)練模型的技術(shù)人員可以改變模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)和參數(shù)，來(lái)進(jìn)行更高難度的識(shí)別。即使你戴了口罩，也能被識(shí)別出來(lái)。

圖像識(shí)別尤其人臉識(shí)別是追蹤抓捕犯罪分子的利器。相信除非怪盜能改頭換臉上門(mén)，否則也一樣無(wú)所遁形。

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現(xiàn)實(shí)中，2019年廈門(mén)警方就利用了大數(shù)據(jù)輔.助的人臉圖像識(shí)別，追蹤并逮捕了被警方通緝20年的連環(huán)殺人犯勞榮技。勞榮枝雖然一直使用假名假身份并且整過(guò)容，但依舊沒(méi)能逃過(guò)AI的火眼金睛。

畫(huà)質(zhì)增強(qiáng)

說(shuō)了以上三個(gè)神奇的功能，其實(shí)還有一項(xiàng)基礎(chǔ)沒(méi)有介紹，那就是如何使拍攝記錄的監(jiān)控畫(huà)面更加清晰，減少干擾。大家在拍照時(shí)都有過(guò)手抖拍花了，太遠(yuǎn)或太近的物體對(duì)焦沒(méi)對(duì)好拍糊了，光線(xiàn)不好顏色拍出來(lái)不對(duì)物體不清晰等情況，其實(shí)監(jiān)控?cái)z像也有一樣的問(wèn)題。有時(shí)候關(guān)鍵的幾幀畫(huà)面里的關(guān)鍵細(xì)節(jié)不清楚，實(shí)在令人抓耳撓腮。這時(shí)候我們還可以靠圖像的增強(qiáng)處理來(lái)去掉噪音，使得模糊的圖像變清晰。這項(xiàng)功能跟我們平時(shí)處理圖片時(shí)使用的各種濾鏡很類(lèi)似，都是在調(diào)整圖片，也就是視頻每一張畫(huà)面的參數(shù)。不同的濾鏡背后其實(shí)是不同的數(shù)學(xué)算法，在信號(hào)處理上稱(chēng)之為濾波器①。雖然這項(xiàng)功能主要靠計(jì)算機(jī)處理，看起來(lái)沒(méi)攝像頭什么事，但其實(shí)原始圖片的分辨率、清晰度和成像效果越好，這些算法的處理效果也越好。

說(shuō)了這么多監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)的“神技”，大家對(duì)它擋住怪盜有信心嗎？

①濾波器

濾波器可以對(duì)電源線(xiàn)中特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除，得到一個(gè)特定頻率的電源信號(hào)，或消除一個(gè)特定頻率后的電源信號(hào)。