近日，《中國(guó)安防》就AI攝像機(jī)領(lǐng)域向的盧深視進(jìn)行邀稿，作為三維機(jī)器視覺領(lǐng)先者，的盧深視資深算法工程師崔哲博士分析三維機(jī)器視覺技術(shù)特性以及應(yīng)用模式做出解答，并發(fā)表論文《三維視覺在安防網(wǎng)絡(luò)相機(jī)中的應(yīng)用》，已在《中國(guó)安防》雜志刊出。據(jù)悉，《中國(guó)安防》是國(guó)內(nèi)安防行業(yè)最權(quán)威的雜志,提供權(quán)威準(zhǔn)確的法規(guī)政策、標(biāo)準(zhǔn)信息、行業(yè)資訊,擁有全面詳實(shí)的安防產(chǎn)品庫(kù)、安防商家?guī)?、安防解決方案庫(kù)等。
目前安防領(lǐng)域的視頻監(jiān)控主要通過二維圖片與視頻信息對(duì)通行人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)化信息提取，然而二維信息只是三維真實(shí)場(chǎng)景在成像平面的投影，因此還原真實(shí)的監(jiān)控場(chǎng)景存在很大的困難。目前，通過融合現(xiàn)有的安防網(wǎng)絡(luò)相機(jī)技術(shù)與最新的高精度三維成像技術(shù), 除了能獲取場(chǎng)景的顏色、輪廓信息之外，還能獲取重要的深度信息。借助于深度信息，能突破現(xiàn)有二維成像技術(shù)的瓶頸，有效地采集場(chǎng)景內(nèi)的三維人體特征信息，為安防監(jiān)控系統(tǒng)提供更準(zhǔn)確的情報(bào)。
背景介紹
為滿足反恐維穩(wěn)重點(diǎn)區(qū)域場(chǎng)所管控、重點(diǎn)人員識(shí)別跟蹤、立體化社會(huì)治安防控等業(yè)務(wù)需求，必須充分獲取三維監(jiān)控場(chǎng)景內(nèi)通行人員的結(jié)構(gòu)化信息(如性別、年齡、身高、體型、民族等)。目前安防監(jiān)控市場(chǎng)上主流的視頻結(jié)構(gòu)化服務(wù)都是基于傳統(tǒng)的二維視頻流，這是由于傳統(tǒng)的安防網(wǎng)絡(luò)相機(jī)僅能提供二維場(chǎng)景數(shù)據(jù)，但是由于二維信息僅僅只是三維真實(shí)場(chǎng)景在像平面的投影，導(dǎo)致基于二維信息的視頻結(jié)構(gòu)化服務(wù)魯棒性很差，視頻分析結(jié)果會(huì)受到遮擋、光照等問題的影響，從而產(chǎn)生誤識(shí)誤拒率高等諸多問題。
相比于二維視頻信息，三維視頻信息不僅僅可以提供傳統(tǒng)的彩色輪廓信息，還能額外提供真實(shí)場(chǎng)景的深度信息，通過深度數(shù)據(jù)我們可以計(jì)算出活動(dòng)目標(biāo)人體的大小、移動(dòng)方向、速度，并重點(diǎn)突破目標(biāo)跟蹤中的交疊問題，從而有效地提取目標(biāo)人物身高、體型、步態(tài)特征。同時(shí)，可以充分利用彩色信息與深度數(shù)據(jù)之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，突破當(dāng)前二維視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)的局限，準(zhǔn)確地獲取人體身高、人體三維體貌、監(jiān)控場(chǎng)景內(nèi)目標(biāo)人體的三維輪廓、目標(biāo)人體之間的前后位置關(guān)系等信息，進(jìn)而給用戶提供更準(zhǔn)確的視頻結(jié)構(gòu)化信息。
在三維成像領(lǐng)域，主流的深度相機(jī)主要采用結(jié)構(gòu)光原理，如微軟公司研制的Kinect設(shè)備，英特爾公司研制的Realsense深度相機(jī)，蘋果公司新發(fā)布的智能手機(jī)所配備的三維采集設(shè)備。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的三維采集技術(shù)主要應(yīng)用于體感、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域，還沒有專門針對(duì)安防場(chǎng)景下使用的高精度三維監(jiān)控相機(jī)產(chǎn)品出現(xiàn)，主要原因在于當(dāng)前深度相機(jī)在采集距離、采集精度、應(yīng)用場(chǎng)景等方面還達(dá)不到安防監(jiān)控的需求。因此，研發(fā)一款適用于監(jiān)控場(chǎng)景、能同時(shí)獲取深度信息和顏色信息的安防相機(jī)成為目前三維機(jī)器視覺領(lǐng)域的重要研究課題之一。
三維網(wǎng)絡(luò)安防相機(jī)
為了迎合目前智能安防對(duì)于三維數(shù)據(jù)的迫切需求，的盧深視研制成功了一種適用于安防環(huán)境的三維網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，該相機(jī)融合了二維彩色網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和結(jié)構(gòu)光深度相機(jī)技術(shù)，可以在譬如火車站、飛機(jī)場(chǎng)、地鐵站等室內(nèi)光照復(fù)雜環(huán)境下全天候的獲取通信人員的二維色彩與三維形狀信息。該相機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成如下：
該相機(jī)有如下特點(diǎn)：
高精度三維信息
通過組合變焦鏡頭與特征點(diǎn)投射器，的盧深視設(shè)計(jì)出了一種可以在各個(gè)距離下都投射出足夠稠密特征的特征點(diǎn)投射系統(tǒng)。傳統(tǒng)的特征點(diǎn)投射器，光束的發(fā)散角以及特征點(diǎn)的數(shù)量是固定的,在遠(yuǎn)距情況下，特征點(diǎn)會(huì)均勻的分布在場(chǎng)景內(nèi)，造成感興趣區(qū)域內(nèi)特征點(diǎn)很少，譬如人臉，從而導(dǎo)致這些區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)云稀疏、精度低。而通過這套變焦投射系統(tǒng)，可以控制投射光束的發(fā)散角，從而控制特征點(diǎn)的密集程度，在遠(yuǎn)距離情況下，可以把所有特征點(diǎn)投射到感興趣區(qū)域，從而獲取目標(biāo)稠密、高精度的三維信息。
三維成像對(duì)環(huán)境光照魯棒性高
第一，該的三維成像系統(tǒng)通過使用940nm波長(zhǎng)光源與紅外窄帶濾光片來抑制陽(yáng)光與環(huán)境雜光影響。一般情況下，室內(nèi)環(huán)境雜光大部分都是可見光范疇，而且940nm又是太陽(yáng)光波段的峰谷，因此使用940nm波長(zhǎng)光源與紅外窄帶濾光片的組合可以濾除絕大部分環(huán)境雜光和太陽(yáng)光的干擾，從而保證三維成像系統(tǒng)在各種復(fù)雜光照環(huán)境下的成像性能;
第二，三維成像系統(tǒng)通過一組彩色鏡頭與紅外鏡頭融合了雙目系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)，在深度恢復(fù)算法上，的盧深視也同樣融合了雙目算法與結(jié)構(gòu)光算法，即使在極端光照情況下(譬如正午陽(yáng)光)，特征點(diǎn)投射系統(tǒng)投射出去的特征點(diǎn)已經(jīng)無法被紅外鏡頭捕捉，也可以通過雙目成像系統(tǒng)獲取目標(biāo)場(chǎng)景的三維數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)傳輸成本低
融合了目前二維安防網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，在H264編碼框架下，的盧深視通過對(duì)深度圖預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)了基于H264編碼的三維數(shù)據(jù)低損傳輸技術(shù)。
三維深度圖不同于二維圖像，深度圖上每個(gè)像素值大小代表目標(biāo)和相機(jī)的幾何距離，因此，深度圖對(duì)于圖像傳輸過程中的保真性要求很高，譬如兩個(gè)物體交界的邊界處，二維圖像可以容忍一定的邊界鋸齒和模糊現(xiàn)象，但是對(duì)于深度圖來說，邊界鋸齒和模糊都是絕對(duì)不能允許的。為此的盧深視設(shè)計(jì)了兩種預(yù)處理的方法來提高數(shù)據(jù)傳輸過程中的保真性：
第一，對(duì)深度圖的前后景進(jìn)行分離，同一深度范圍內(nèi)的目標(biāo)歸為一類，然后通過填充的方法對(duì)前后景圖像進(jìn)行填充，消除邊界處的像素值階躍現(xiàn)象，避免在傳輸過程中產(chǎn)生誤碼;
第二，對(duì)深度圖的每個(gè)像素添加“數(shù)據(jù)校驗(yàn)位”，在用戶上位機(jī)解碼的過程中，對(duì)數(shù)據(jù)校驗(yàn)位進(jìn)行校驗(yàn)，去除不通過校驗(yàn)的像素點(diǎn)，保證用戶獲取數(shù)據(jù)的正確性。
相機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性高
第一，數(shù)據(jù)傳輸使用網(wǎng)線傳輸，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，相機(jī)支持碼率自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，保證在各種環(huán)境下都能穩(wěn)定的把數(shù)據(jù)傳給上位機(jī);
第二，為了保證相機(jī)前端計(jì)算穩(wěn)定性，該相機(jī)使用一塊高速FPGA作為深度恢復(fù)算法的運(yùn)算單元，硬件穩(wěn)定性高，已經(jīng)通過了安防網(wǎng)絡(luò)相機(jī)的各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)測(cè)試，在高溫、高濕等惡劣環(huán)境下都能正常運(yùn)行;
第三，使用全金屬外殼，內(nèi)部芯片以及高溫元器件通過金屬散熱片與外殼直接相連，通過這種優(yōu)化的散熱方式，保證相機(jī)可以在高溫環(huán)境下持續(xù)運(yùn)行。
應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展
目前，三維網(wǎng)絡(luò)安防相機(jī)主要應(yīng)用于安防反恐領(lǐng)域。尤其在邊檢安防領(lǐng)域，新疆新疆公安廳的反恐項(xiàng)目中早已開始使用三維人臉識(shí)別技術(shù)，并建立了全國(guó)首個(gè)省級(jí)“三維人像數(shù)據(jù)庫(kù)”。不僅如此，2018年10月通車的港珠澳大橋上，更是首次大規(guī)模應(yīng)用了人臉識(shí)別身份核驗(yàn)技術(shù)，智慧關(guān)卡全面采用“刷臉通行”，車輛可在無感的條件下8秒通關(guān)。
(鷹眼產(chǎn)品用于港珠澳大橋通關(guān))
的盧深視認(rèn)為，三維網(wǎng)絡(luò)安防相機(jī)有很大應(yīng)用空間，由于技術(shù)特性，其可以實(shí)現(xiàn)物體重建、高精地圖重建等等工作?，F(xiàn)階段該技術(shù)主要聚焦在泛安防領(lǐng)域，未來會(huì)在更多商業(yè)、個(gè)人助手、消費(fèi)電子領(lǐng)域拓展，和VR等行業(yè)結(jié)合，提供“識(shí)別后可交互”的服務(wù)，為更多場(chǎng)景賦能。
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