現階段，視頻智能分析在軌道交通行業(yè)中主要應用包含幾大類：行為分析即擁擠偵測、徘徊偵測、逆向偵測等;特征識別即人臉識別系統(tǒng)等;圖像質量自動巡檢即系統(tǒng)自動對前端攝像機采集圖像質量進行分析報警等。由于當前智能分析在軌道行業(yè)應用尚處于起步階段，本著從事實出發(fā)的原則，下文著重結合實際工程案例，著重探討人臉識別和自動巡檢兩項技術的應用。
人臉識別系統(tǒng)
XX市軌道交通一號線共有20個車站，在每個車站的出入口閘機設置8套人臉識別設備，共160套，對出入閘機的乘客面部特征實時采集，并與后臺公安部犯罪人員庫進行實時比對報警(系統(tǒng)構架如圖1所示)。
通常頭像正面位置是人臉識別系統(tǒng)最佳的工作位置，但只要能同時看到兩只眼睛就可以識別人臉，而姿勢變化在35度范圍內也不會影響識別效果。軌道出入口閘機作為特殊的通道具有天然的場景優(yōu)勢，攝像機可以很容易捕捉到乘客的面部特征，為公安機關抓捕犯罪分子和犯罪嫌疑人提供了一種行之有效的手段。
人臉識別包含人臉檢測、人臉跟蹤與人臉比對等技術。人臉檢測是指在動態(tài)的場景與復雜的背景中，判斷是否存在人臉并分離出人臉。人臉跟蹤指對被檢測到的人臉進行動態(tài)目標跟蹤。人臉比對則是對被檢測到的人臉進行身份確認或在人臉庫中進行目標搜索。
人臉檢測分為參考模板、人臉規(guī)則、樣本學習、膚色模型與特征子臉等方法。參考模板方法首先設計一個或數個標準人臉模板，然后計算測試樣本與標準模板之間的匹配程度，通過計算機比對來判斷是否存在人臉;人臉具有一定的結構分布特征，人臉規(guī)則即提取這些特征生成相應的規(guī)則以判斷是否測試樣本包含人臉;樣本學習則采用模式識別中人工神經網絡方法，通過對人臉樣本集和非人臉樣本集的學習產生分類器;膚色模型依據人臉膚色在色彩空間中分布相對集中的規(guī)律來進行檢測;特征子臉將所有人臉集合視為一個人臉子空間，基于檢測樣本與其在子空間的投影之間的距離判斷是否存在人臉。
人臉跟蹤一般采用基于模型的方法或基于運動與模型相結合的方法，另外，膚色模型跟蹤也是一種簡單有效的手段。人臉比對從本質上講是采樣人臉與庫存人臉的依次比對并找出最佳匹配對象。因此，人臉的描述決定了人臉識別的具體方法與性能。本系統(tǒng)主要采用特征向量法先確定瞳孔、鼻翼、嘴角等人臉五官輪廓的大小、位置、距離、角度等等屬性，然后計算出它們的幾何特征量，這些特征量形成描述該人臉的特征向量。
XX市軌道交通一號線的人臉識別系統(tǒng)采用 "局部特征分析"算法，具有速度快，誤認低，無需學習。其主要利用人臉各器官及特征部位的方位、比例、對應幾何關系等數據形成識別參數，與數據庫中所有原始參數比較、判斷、確認。
局部特征分析源于類似搭建積木的局部統(tǒng)計的原理，是基于以下事實的一種計算方法,即所有的人臉(包括各種復雜的式樣)都可以從由很多不能再簡化的結構單元子集綜合而成。這些單元使用了復雜的統(tǒng)計技術而形成的,它們代表了整個人臉。他們通?？缭蕉鄠€象素(在局部區(qū)域內)并代表了普遍的面部形狀,但并不是通常意義上的面部特征。實際上面部結構單元比人臉的部位要多得多。
然而,要綜合形成一張逼真,精確的人臉,只需要整個可用集合中很少的單元子集(12-40特征單元)。要確定身份不僅僅取決于特性的單元,還決定于他們的幾何結構(比如他們的相關位置)。
通過這種方式, 局部特征分析將個人的特性對應成一種復雜的數字表達方式,實現對比和識別。
人臉識別的步驟
· 建立人臉檔案：可以用攝像機或照片掃描等方法采集人臉文件或直接取照片文件，生成面部特征向量數據庫，導入現有數據庫;
· 獲取當前比對對象人臉，用攝像機等捕捉人臉獲取照片輸入，生成比對對象的人臉特征向量數據;
· 將當前人臉的人臉特征向量數據與數據庫中的已有數據進行檢索比對;
· 確認人臉身份或提出相似人員的相似度列表。
上述整個過程都是自動、連續(xù)、實時地完成。而且系統(tǒng)只需要普通的處理設備。
系統(tǒng)的工作流程為：
· 自動地在視頻數據流中搜索面部圖像;
· 當系統(tǒng)捕捉到出現的完整頭像時;
· 自動使用多種類型的匹配算法來判斷在那個位置是否真的有一張臉。這些算法能夠精確地探測出同時出現的多張臉，并且能夠確定他們的準確位置;一旦探測到一張臉，這張臉的圖像就會被從背景中分離出來，這幅圖像隨后將經過一系列的特殊處理來恢復它的尺寸、光線、表情和姿態(tài);
· 將這幅臉部圖像在系統(tǒng)內部轉換人臉數據，它包含了這張人臉的特有信息;
· 通過把實時獲取的"人臉數據"和數據庫中已有的"人臉數據"進行比對;
· 完成對某張臉進行確認。
人臉識別的比對方式是根據臉部的本質特征和形狀來工作的，它可以排除光線、皮膚色調、面部毛發(fā)、發(fā)型、眼鏡、表情和姿態(tài)的變化，具有強大的可靠性，使得它可以從百萬人中精確地辨認出一個人。
圖像質量自動巡檢系統(tǒng)
市軌道交通一號線建設了一套圖像質量自動巡檢系統(tǒng)，實現對1413臺標清攝像機和522臺高清攝像機圖像進行實時檢測，若出現視頻清晰度異常、視頻亮度異常、視頻噪聲等八種情況，將自動產生報警通知運維人員，及時維護。
常見的圖像質量巡檢只是對圖像是否丟失(黑屏)進行監(jiān)測，對設備是否按要求正常工作、圖像內容是否正確等深層次監(jiān)測則有所缺失。針對本項目應用的所有攝像頭，利用視頻質量診斷技術來檢測監(jiān)控系統(tǒng)中存在的各種視頻常見故障，對于因使用過程中出現的故障(雪花、滾屏、模糊、偏色、畫面凍結、增益失衡和云臺失控等)進行視頻質量診斷，有效預防因硬件導致的圖像質量問題及所帶來的不必要的損失，為視頻監(jiān)控的持續(xù)和有效監(jiān)控提供堅實的基礎。
功能設計
1、圖像質量智能巡檢
進行圖像內容分析報警，如：視頻信號丟失、藍屏、黑屏、彩條、視頻亮度異常、視頻干擾、雪花、抖動、扭曲、偏色、PTZ運動異常、畫面凍結等。
2、云鏡狀態(tài)智能巡檢
通過發(fā)送PTZ控制指令，判斷視頻畫面變化率是否達到標準，從而判斷云臺旋轉和鏡頭變焦是否能正常工作，由于該工作可能干擾圖像監(jiān)控人員的正常工作，該項巡檢功能不宜經常開啟，并且注意回避重大保衛(wèi)警衛(wèi)活動的監(jiān)視區(qū)域。
3、圖像智能巡檢管理
根據預定義的巡檢任務，主動發(fā)起視頻切換指令，自動輪巡檢查各個前端攝像機的圖像質量和云鏡狀態(tài)。攝像頭輪巡間隔時間可設定，輪巡任務可定時觸發(fā)，并可自動生成巡檢報告。
識別類型
具體實現過程中，我們將視頻故障分成視頻清晰度異常、視頻亮度異常、視頻噪聲、視頻雪花、視頻偏色、PTZ運動失控、畫面凍結、視頻信號缺失等八種類型(如圖2所示)。
· 視頻清晰度異常檢測：自動檢測視頻中由于聚焦不當、鏡頭損壞或異物遮蔽引起的視野主體部分的圖像模糊;
· 視頻亮度異常檢測：自動檢測視頻中由于攝像頭故障、增益控制紊亂、照明條件異?；蛉藶閻阂庹趽醯仍蛞鸬漠嬅孢^暗或過亮;
· 視頻噪聲檢測：自動檢測視頻圖像中混有雜亂的“橫道”、“波紋”，或其他干擾導致的圖像模糊、扭曲及疊加噪聲等現象;
· 視頻雪花檢測：自動檢測視頻圖像中一陣陣雜亂的飛點、刺、線狀干擾導致的雪花或滾屏等現象;
· 視頻偏色檢測：自動檢測由于線路接觸不良、外部干擾或攝像機故障等原因造成的視頻中的畫面偏色現象;主要包括全屏單一偏色或多種顏色混雜的帶狀偏色;
· PTZ運動檢測：自動檢測前端云臺和鏡頭是否能夠按用戶指令正確運動，包括上下左右運動以及鏡頭的推近拉遠;
· 畫面凍結檢測：自動檢測由于視頻傳輸調度系統(tǒng)故障引起的視頻畫面凍結，避免遺漏真實視頻圖像;
· 視頻信號缺失檢測：自動檢測因前端攝像機工作異常、損壞、人為惡意破壞或視頻傳輸環(huán)節(jié)故障而引起的間發(fā)性或持續(xù)性的視頻缺失現象，包括藍屏、黑屏、彩條等。
結語
人臉識別系統(tǒng)意義在于對有可能進出地鐵站的犯罪分子或嫌疑人進行布控，提升地鐵主動防范能力，提升打擊犯罪能力，提升治安威懾力。圖像質量自動巡檢系統(tǒng)則可以將運維人員從繁瑣的工作中解脫出來，提升工作效率，確保系統(tǒng)無故障運行?？梢灶A見，在不遠的將來，智能分析技術肯定會在軌道行業(yè)發(fā)揮出更大的作用，逐步將目前“被動防范”提升為“主動防范”。
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