甄文

（青海警官職業(yè)學(xué)院，青海西寧 810000）

當(dāng)前，視頻監(jiān)控網(wǎng)的建設(shè)以批量建設(shè)和定點(diǎn)建設(shè)為主，不可避免地產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)布局不合理、無(wú)法覆蓋死區(qū)等問(wèn)題[1]。在城市監(jiān)測(cè)覆蓋稀疏地區(qū)和農(nóng)村未覆蓋地區(qū)發(fā)生的突發(fā)犯罪活動(dòng)，易使視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)陷入難以應(yīng)用的困境[2]。以往視頻圖像檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用云存儲(chǔ)技術(shù)，即將大量不同存儲(chǔ)設(shè)備組成協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)網(wǎng)格技術(shù)提供的外部功能訪問(wèn)系統(tǒng)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)[3]。云端服務(wù)的核心業(yè)務(wù)是處理海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，這樣的云計(jì)算系統(tǒng)就是云存儲(chǔ)系統(tǒng)，云系統(tǒng)需要大量存儲(chǔ)設(shè)備，所以云存儲(chǔ)建立在以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理為核心的云計(jì)算系統(tǒng)之上。視頻圖像檢測(cè)系統(tǒng)是利用目錄服務(wù)技術(shù)設(shè)計(jì)的，采用一定的目錄結(jié)構(gòu)和樹(shù)形結(jié)構(gòu)，對(duì)各種資源進(jìn)行分類和組織，提供多種視圖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的人性化有效管理。盡管這兩種方法都具有良好的偵查效果，但是當(dāng)圖像的特征向量被量化成二進(jìn)制編碼后，圖像特征丟失嚴(yán)重，導(dǎo)致檢測(cè)效果較差。針對(duì)這一問(wèn)題，提出一種基于大數(shù)據(jù)背景技術(shù)的視頻圖像偵查系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由表示層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)支持層、應(yīng)用層和基礎(chǔ)設(shè)施層組成[4]?？傮w架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

研究顯示，視頻圖像分析工具、播放控制、視頻摘要和圖像增強(qiáng)、視頻圖像管理中心、存儲(chǔ)和檢索為業(yè)務(wù)支持層，主要用于實(shí)現(xiàn)視頻圖像偵查的過(guò)程設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)層獲取的數(shù)據(jù)主要存儲(chǔ)在Hadoop 集群中，這取決于數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特性。表示層主要實(shí)現(xiàn)了視頻圖像偵查結(jié)果的顯示；基礎(chǔ)設(shè)施層和應(yīng)用層能為系統(tǒng)應(yīng)用軟件提供業(yè)務(wù)運(yùn)行[5-7]。利用表示層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)支持層、應(yīng)用層和基礎(chǔ)設(shè)施層等可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)[8-9]。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整合了社會(huì)保障視頻、保安視頻、電子警察、政府部門、社會(huì)視頻等多種視頻資源，提供了深度優(yōu)化的視頻檢測(cè)方法和工具，滿足了實(shí)際的視頻檢測(cè)需求[10]。按照總體結(jié)構(gòu)對(duì)視頻圖像檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行劃分，主要包括偵查視頻圖像資源訪問(wèn)層、偵查線索支持服務(wù)層和嫌疑目標(biāo)偵查應(yīng)用展現(xiàn)層，如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2.1 偵查視頻圖像資源訪問(wèn)層

偵查視頻圖像資源，包括各個(gè)視頻平臺(tái)資源，接入轄區(qū)內(nèi)所有視頻監(jiān)控平臺(tái)，并提供公安業(yè)務(wù)信息和視頻線索數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)[11]。此外，系統(tǒng)還支持視頻國(guó)標(biāo)接入、非國(guó)標(biāo)接入及轉(zhuǎn)換，支持異構(gòu)平臺(tái)對(duì)接。

2.2 偵查線索支持服務(wù)層

偵查線索支持服務(wù)層提供支持應(yīng)用層需要的各種服務(wù)，訪問(wèn)資源可由系統(tǒng)進(jìn)一步處理。有效地分類和管理視頻、線索、圖像等各種線索和案例數(shù)據(jù)，并以服務(wù)接口的形式提供給應(yīng)用程序表現(xiàn)層[12-13]。

1）中心管理服務(wù)

中心管理節(jié)點(diǎn)是公安圖像偵測(cè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)服務(wù)器、存儲(chǔ)器、訪問(wèn)器和業(yè)務(wù)管理器的核心單元[14]。

2）集群管理服務(wù)

集群管理服務(wù)器包括任務(wù)調(diào)度、集群資源同步、智能服務(wù)器分析和心跳檢測(cè)等功能，負(fù)責(zé)集群智能分析服務(wù)器的任務(wù)分配和智能路由。通過(guò)集群管理服務(wù)器，系統(tǒng)可以管理多個(gè)智能分析服務(wù)器，靈活地進(jìn)行部署和管理。智能路由的主要目標(biāo)是在執(zhí)行智能調(diào)度分析功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各智能處理節(jié)點(diǎn)的智能分析服務(wù)器，有效共享各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，平衡各節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性[15]。

3）智能分析服務(wù)

每臺(tái)智能分析服務(wù)器包括智能分析服務(wù)、圖像識(shí)別、車牌識(shí)別、流媒體服務(wù)。該智能分析服務(wù)器集群支持大量視頻圖像的并行分析與檢索，為公安圖像檢測(cè)系統(tǒng)充分利用海量視頻資源奠定基礎(chǔ)[16]。

2.3 嫌疑目標(biāo)偵查應(yīng)用展現(xiàn)層

嫌疑目標(biāo)偵查應(yīng)用展現(xiàn)層整合了一整套兼容性檢測(cè)方法，為系統(tǒng)提供了許多工具和方法。視頻偵查判斷過(guò)程中，將檢索、時(shí)空分析、案例報(bào)告等技術(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)，展現(xiàn)錄像采集結(jié)果。

3 軟件部分設(shè)計(jì)

3.1 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的檢索設(shè)計(jì)

基于大數(shù)據(jù)背景技術(shù)的精細(xì)檢索網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，添加了多尺度池化層結(jié)構(gòu)和512 維的網(wǎng)絡(luò)輸出特征向量，提出一種基于多尺度池化層對(duì)特征維數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理的方法，該方法采用ResNet50 提取特征，完成嫌疑圖像信息精檢索。

3.1.1 特征提取

監(jiān)測(cè)視頻圖像中衣服的顏色是行人在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中最主要的特征，該方法利用圖像中最容易識(shí)別的顏色特征來(lái)提取嫌疑圖像特征，顏色特性包括全局顏色特性和空間顏色特性。在嫌疑圖像檢索中，由于全局顏色特征不包含空間分布特征，提取全局顏色特征很容易引起誤檢。色彩空間是對(duì)圖像顏色信息進(jìn)行定量描述的方法，顏色空間的差異性對(duì)顏色特征的描述也有影響。所以在行人圖像中進(jìn)行特征提取，首先要選擇有效的顏色空間。主要采用HSV 色域。高亮度燈具具有良好的恒定性，色彩更符合人的感覺(jué)。但不能直接求得HSV 顏色空間的值，必須將RGB 顏色空間轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過(guò)程如下：

空間色彩特征由顏色直方圖表示，每隔一段時(shí)間為一元，通過(guò)計(jì)算每個(gè)區(qū)域的像素值得到顏色直方圖特征。

3.1.2 檢索算法實(shí)現(xiàn)

1）提取嫌疑圖像數(shù)據(jù)集特征

利用顏色直方圖加權(quán)的思想，構(gòu)造顏色空間特征從圖像中識(shí)別出中心和邊緣，對(duì)嫌疑圖像的不同區(qū)域進(jìn)行加權(quán)，生成顏色分布的加權(quán)直方圖。構(gòu)建組合空間的特征提取函數(shù)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行下采樣操作，標(biāo)準(zhǔn)化圖像尺寸，將RGB 顏色空間轉(zhuǎn)化為HSV 顏色空間，具體過(guò)程為：輸入一系列需要檢索的圖像數(shù)據(jù)集，利用RGB 顏色空間到HSV 顏色空間的變換，確定區(qū)域中心和邊緣的位置，加權(quán)顏色特征，提取顏色空間特征，生成特征索引表。

2）嫌疑圖像檢索

構(gòu)建嫌疑圖像檢索功能，記錄構(gòu)成空間特征索引表的顏色空間特征和路徑，計(jì)算檢索到的圖像特征與數(shù)據(jù)、圖像特征的距離，并保存檢索結(jié)果。具體的圖像檢索算法流程如下：查詢圖片，設(shè)置檢索圖片數(shù)量，提取顏色空間特征，求出特征矢量與構(gòu)成空間特征矢量之間的距離并存儲(chǔ)。排序并存儲(chǔ)特征矢量距離，根據(jù)檢索結(jié)果返回最優(yōu)檢索圖像，輸出圖片數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)的索引序號(hào)。

3.2 嫌疑圖像線索偵查

提示查詢功能主要是對(duì)特定案例中的所有提示進(jìn)行匯總。搜尋依據(jù)可能是車輛線索、人員線索或物品線索。根據(jù)查詢條件對(duì)查詢結(jié)果進(jìn)行分類，并且在地圖上以不同的圖標(biāo)進(jìn)行區(qū)分和顯示，子模塊也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)錯(cuò)誤線索的刪除功能。圖3 顯示了視覺(jué)檢測(cè)報(bào)告模塊中的一系列線索查詢功能。

圖3 線索查詢序列圖

嫌疑視頻圖像檢索的功能是查看檢索到的相關(guān)視圖數(shù)據(jù)的信息，查詢結(jié)果可按時(shí)間順序或位置的不同進(jìn)行列表顯示，有權(quán)限的用戶也可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要對(duì)相關(guān)視圖數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)的操作，包括添加、刪除、修改和注解[17]。

4 系統(tǒng)運(yùn)行及測(cè)試

以面向公安偵查應(yīng)用為基礎(chǔ)，對(duì)基于大數(shù)據(jù)背景技術(shù)的視頻圖像偵查系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行測(cè)試。

4.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)需求分析

偵破工作是刑事偵查工作的重要組成部分，偵破工作需要查詢犯罪嫌疑人的相貌，提供犯罪嫌疑人的位置信息，為偵查工作提供數(shù)據(jù)支持。根據(jù)這一需求，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了視頻圖像檢索，同時(shí)確定時(shí)間信息，為偵查人員提供相關(guān)數(shù)據(jù)。

1）行人檢測(cè)

對(duì)于行人檢測(cè)，需先將視頻圖像解碼預(yù)處理，解碼后的視頻圖像進(jìn)行行人檢測(cè)，并在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)檢測(cè)結(jié)果。

2）視頻圖像檢索

抽取特征向量，以圖像表示相關(guān)信息，對(duì)查詢和檢索圖像進(jìn)行特征分析，并輸出檢索結(jié)果。

3）數(shù)據(jù)處理

在行人檢測(cè)后，保存、整理檢測(cè)結(jié)果。

4.2 行人檢測(cè)

行人檢測(cè)是在可視化界面集成的，將鏡頭采集到的行人在視頻圖像中的位置和攝像機(jī)作為信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并作為圖像檢索的候選數(shù)據(jù)。行人檢測(cè)可視化圖像如圖4 所示。

圖4 行人檢測(cè)可視化圖像

圖4 中行人檢測(cè)可視化圖像相關(guān)檢索信息如表1 所示。

表1 可視化圖像相關(guān)檢索信息

使用者根據(jù)平臺(tái)返回的信息找到相應(yīng)的視頻圖像，從而確定行人的位置。

4.3 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果與分析

行人檢測(cè)所需時(shí)間的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2 所示。

表2 行人檢測(cè)所需時(shí)間的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

基于此，分別利用云存儲(chǔ)技術(shù)設(shè)計(jì)的視頻圖像偵查系統(tǒng)(T1)、使用目錄服務(wù)技術(shù)設(shè)計(jì)的視頻圖像偵查系統(tǒng)(T2)和基于大數(shù)據(jù)背景技術(shù)的偵查系統(tǒng)(T3)對(duì)行人檢測(cè)所需時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表3所示。

表3 3種系統(tǒng)行人檢測(cè)所需時(shí)間統(tǒng)計(jì)分析

由表3 可知，利用云存儲(chǔ)技術(shù)設(shè)計(jì)的視頻圖像偵查系統(tǒng)使用對(duì)外統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，對(duì)行人檢測(cè)所需時(shí)間較長(zhǎng)，響應(yīng)時(shí)間、更新時(shí)間和連接時(shí)間均超過(guò)行人檢測(cè)所需時(shí)間實(shí)際統(tǒng)計(jì)結(jié)果；使用目錄服務(wù)技術(shù)設(shè)計(jì)的視頻圖像偵查系統(tǒng)需分類處理各類組織數(shù)據(jù)，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，超過(guò)實(shí)際統(tǒng)計(jì)結(jié)果；而使用基于大數(shù)據(jù)背景技術(shù)的偵查系統(tǒng)行人檢測(cè)系統(tǒng)所需時(shí)間與實(shí)際統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致，由此可知，使用該系統(tǒng)偵查效果較好。

5 結(jié)束語(yǔ)

視頻圖像檢測(cè)系統(tǒng)是一種基于大數(shù)據(jù)背景技術(shù)的多維、智能化的視頻圖像檢測(cè)工具，若能與各行業(yè)的實(shí)際業(yè)務(wù)進(jìn)行深度整合和定制，將為監(jiān)控活動(dòng)提供有力的支持，為固定視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)自身區(qū)域和薄弱區(qū)域形成良好的補(bǔ)充。

基于該系統(tǒng)，可以引入GIS 技術(shù)和視頻圖像處理技術(shù)，與現(xiàn)有格式業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)空間地理數(shù)據(jù)統(tǒng)一顯示，將已有的視頻流數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)統(tǒng)一處理和分析視頻圖像，進(jìn)一步深化系統(tǒng)數(shù)據(jù)的使用，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可用性，提高了實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。