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如今，“智能”一詞已經(jīng)頻繁地出現(xiàn)在我們的工作、學習和生活中。電腦類的產(chǎn)品被冠以“智能”自不用多說，就連衣食住行也都“智能化”了——虛擬試衣鏡、全時在線電飯鍋、自動吸塵器、導航儀等等，比比皆是“智能”的影子。同樣，攝像機也經(jīng)歷了模擬、數(shù)字、IP等三個階段進入了智能時代。本文將就筆者在相關(guān)技術(shù)研究中的一些體會提出三點思考。

一、攝像機智能化的目的和內(nèi)涵

“智能”的本意是在現(xiàn)實世界中賦予人造工具以最大程度的擬人能力，并使人能通過使用這樣的工具獲得自身相應(yīng)能力的延伸。在技術(shù)實現(xiàn)上，“智能”一般都依賴于對應(yīng)的軟硬件計算能力。攝像機的擬人功能是視覺，模擬攝像機實現(xiàn)了“看得見”，高清攝像機實現(xiàn)了“看得清”，那么智能的攝像機要實現(xiàn)哪些特質(zhì)呢？

首先，智能的攝像機要確保“看得清”

在實際應(yīng)用場景中，這主要與攝像機的環(huán)境適應(yīng)能力相關(guān)。為適應(yīng)我國的大氣環(huán)境條件，當前，“透霧”已成為攝像機實現(xiàn)智能化的迫切需求之一。盡管具備這樣功能的攝像機早在十年前就已面世，但由于霧、雨、霾、煙等的光學特性不盡相同，具有普適性的光學處理與自動“霧”判斷算法仍是一個研究熱點。此外，如何保證在攝像機應(yīng)用環(huán)境中高速運動物體的細節(jié)能被清晰地連續(xù)記錄下來也成為一種智能化需求。由此，能夠按普通攝像機的幀率輸出連續(xù)圖像的“快照”算法也成為實現(xiàn)攝像機智能化的一個方面。從“看得清”的立場來看，(超)低照度和寬動態(tài)因為都需要有相關(guān)的算法支持，也可以被看成是一種“智能化”的功能。從目前的實踐結(jié)果來看，實現(xiàn)了上述功能的攝像機，其視頻效果基本都能超越人眼的觀察能力。

其次，智能的攝像機要實現(xiàn)“看得懂”、“看得牢”。

在當前大多數(shù)的應(yīng)用場景下，攝像機主要承擔了現(xiàn)實世界捕捉器的角色，它所提供的圖像需要依靠人工來進行判斷和處理。可以這么認為，目前大部分的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用還處于“半自動”狀態(tài)，系統(tǒng)的效能沒有得到充分發(fā)揮。要解決這樣的問題，自然就會想到應(yīng)該設(shè)法讓攝像機“看懂”圖像，并使監(jiān)控圖像的應(yīng)用從“事后復現(xiàn)”擴展到“事中控制”，進而可以溯及“事前發(fā)現(xiàn)”，真正實現(xiàn)特定的防范功能。要看懂圖像，就需要過濾掉一些一般的、不重要的信息，而將關(guān)鍵的、重要的信息分離出來，并進行應(yīng)用處理。于是，防篡改、車牌識別、人臉識別、人群估計和斗毆行為分析等已成為因為攝像機“看懂”了圖像而提供的、得以廣泛應(yīng)用的能力，其背后則是特定對象檢測和識別算法的支撐。這里值得一提的是，目前已面市的攝像機“看圖像”的范圍大多為矩形區(qū)域，能處理非矩形(或任意形狀)觀測區(qū)域的較少見。

在能夠“看懂”圖像后，攝像機在機械裝置的承載下就可以緊緊跟隨目標對象的移動，實現(xiàn)類似于人頭部轉(zhuǎn)動來盯住目標對象的“看得牢”功能，即所謂的跟蹤取證或跟蹤拍攝。在現(xiàn)實應(yīng)用中，具有“看得牢”功能的攝像機可以實現(xiàn)“撥浪鼓”式的運動，既其跟蹤拍攝的角度可以達到全周(360度)，而且半周(180度)轉(zhuǎn)向和對焦的速度達到百毫秒級。

第三，智能的攝像機要“善思考”和“易交流”。

越來越多的攝像頭所產(chǎn)生的視頻數(shù)據(jù)形成了海量的數(shù)據(jù)；為節(jié)約和控制建設(shè)及運行成本，對這些數(shù)據(jù)的后續(xù)保存策略目前基本上是依據(jù)“時間”這樣一個維度來進行的。如果能增加“內(nèi)容”這樣一個維度的話，圖像數(shù)據(jù)的保存策略將更顯科學。為了要讓整個系統(tǒng)能根據(jù)“內(nèi)容+時間”來進行所保存數(shù)據(jù)的取舍，就需要讓攝像機會“思考”，既將圖像所表達的意思用“語言”表達出來。這里有必要引用兩個概念：

·視頻內(nèi)容描述數(shù)據(jù)：關(guān)于視頻內(nèi)容的數(shù)據(jù)。視頻內(nèi)容的描述分為場景或背景、目標或前景以及目標的動作或變化軌跡等，是對視頻內(nèi)容的客觀描述。

·視頻語義描述數(shù)據(jù)：關(guān)于視頻語義的數(shù)據(jù)。視頻語義具有領(lǐng)域本體屬性，即按照領(lǐng)域本體知識，對視頻內(nèi)容的理解。視頻語義又可分為三個層次：底層語義是關(guān)于視頻底層特征的語義，如顏色、場景、前景、目標形狀或紋理等的描述；中層語義是關(guān)于視頻目標動作、行為、密度、流量統(tǒng)計特性等的描述；高層語義是關(guān)于具有領(lǐng)域本體知識的視頻事件屬性的描述。

語言是有結(jié)構(gòu)和含義的，所以一旦能用語言數(shù)據(jù)來描述視頻內(nèi)容及語義，也就實現(xiàn)了視頻的結(jié)構(gòu)化和語義化。這將從根本上實現(xiàn)“反應(yīng)快、效率高”的監(jiān)控視頻應(yīng)用以及“成本適中、綠色節(jié)能”的監(jiān)控系統(tǒng)運維。

人與人之間的交流需要用語言作為工具，同樣將來自五湖四海的、具備“思考”能力的攝像機組合在一起為一個共同的目標而工作時，也需要有一套開放的、分層次定義的語義規(guī)范來使彼此能夠交流和協(xié)同。作為攝像機智能化的高級別任務(wù)，視頻語義規(guī)范的研究當前正處在起步階段，但其有著較快的發(fā)展速度。業(yè)界應(yīng)該對此給予足夠的重視，并迅速聯(lián)合起來，一起為國內(nèi)蓬勃發(fā)展的視頻監(jiān)控行業(yè)未來的持續(xù)發(fā)展，搶占技術(shù)高地。

綜合以上敘述，從技術(shù)角度來看，攝像機的智能化可以理解為：是利用信號處理技術(shù)、計算機視覺技術(shù)和集成電路技術(shù)，對視頻圖像進行清晰的復現(xiàn)，并對其中的感興趣目標或異常事件進行自動的、實時的檢測、跟蹤、識別、分類、分析和語義提取等。同時，我們也不難得出這樣的結(jié)論，智能化的攝像機絕不是相關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)品供應(yīng)商為純粹的商業(yè)目的而增加的“噱頭”，而是他們?yōu)閿z像機能夠更好地滿足實際應(yīng)用需求所進行各種技術(shù)創(chuàng)新的成果。

二、攝像機智能化所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)

攝像機智能化的實現(xiàn)依賴于各種圖像處理算法的研究、設(shè)計和實現(xiàn)。近些年，國內(nèi)研究在這方面所取得的成果是十分豐富的，但這些成果所形成的實際生產(chǎn)力卻仍然有限。究其原因，除了市場需求的發(fā)展需要一個過程外，最主要的還是有一些技術(shù)挑戰(zhàn)尚未完全克服。限于篇幅，這里僅摘取其中兩點進行分析。

一是“智能”算法的前端化、固態(tài)化。盡管智能化是新一代攝像機的重要標志，但其進程卻始于模擬時代。經(jīng)過多年的發(fā)展，諸如移動偵測、人臉識別、自動跟蹤等智能視頻算法日趨成熟并在一些特定場合得到了廣泛應(yīng)用。隨著分布式計算技術(shù)架構(gòu)的發(fā)展，特別是云計算概念的提出，與攝像機智能化相關(guān)的算法實現(xiàn)也呈現(xiàn)出十分明顯的前端化(即內(nèi)置于攝像機)傾向。理論上，將前期大量經(jīng)過實踐檢驗、比較成熟的算法，從桌面以上的平臺移植到嵌入式平臺成為最可行的第一步。但這看似容易的第一步，真的走起來卻并不輕松。最困難的，也是最能體現(xiàn)技術(shù)水平的就是算法實現(xiàn)的可移植性。由于不同嵌入式系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)以及處理能力等多方面都存在差異，對本來就對計算效率極其敏感的圖像處理算法來說，要實現(xiàn)高度的可移植性(無論是靜態(tài)的還是動態(tài)的)是十分困難的。解決之道就是在產(chǎn)品開發(fā)中引入軟件可移植性工程，將自主研制的算法以不同目標環(huán)境下的支持庫形式提供給需求者。

此外，隨著攝像機所能提供的圖像分辨率的不斷提升，智能視頻算法需要處理的數(shù)據(jù)量也急劇增加。在很多場合下，算法實現(xiàn)需要固態(tài)化才能滿足實時性要求。所謂固態(tài)化就是用專用芯片來實現(xiàn)相關(guān)的算法。這就需要有既懂算法軟件、又懂硬件描述語言，具有長期實踐經(jīng)驗的技術(shù)人員，來設(shè)計可靠、高效的算法芯片。

正是因為上述兩項工作的技術(shù)門檻高，并要求產(chǎn)品研發(fā)機構(gòu)保持持續(xù)、穩(wěn)定的資源投入，真正實現(xiàn)前端智能的攝像機產(chǎn)品目前尚不豐富。

二是視頻結(jié)構(gòu)化描述技術(shù)。與視頻結(jié)構(gòu)化描述相關(guān)的技術(shù)大致包括機器視覺與模式識別、語義網(wǎng)與知識庫、大數(shù)據(jù)或海量信息處理以及系統(tǒng)管理和應(yīng)用技術(shù)等。現(xiàn)階段，上述各項技術(shù)研究，就其本身來說，無論開展的時間是長是短，都或多或少取得了一定的成果，有的甚至已經(jīng)得到了大量的應(yīng)用(如車牌識別)。可是，如果從滿足實現(xiàn)視頻結(jié)構(gòu)化目標所需的角度來看，“孤島”現(xiàn)象仍十分明顯。我們可以“從視頻圖像中區(qū)分出多個不同的感興趣目標”這一最基礎(chǔ)的工作為例來理解這方面的情況。作為一項高度擬人化功能，要完成它就需要依據(jù)已有經(jīng)驗對實時圖像進行時空分割、特征提取、對象識別等處理。這里所說的“已有經(jīng)驗”在系統(tǒng)中就表現(xiàn)為“樣本庫”、“特征庫”或“知識庫”。鑒于這些庫的形成需要經(jīng)歷一定的積累或“學習”過程，在沒有一個有效規(guī)則的情況下，這些經(jīng)驗的共享和交流是十分困難的，形成“孤島”也就是很自然的了。

三、攝像機智能化對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響

從視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來看，包括上述技術(shù)挑戰(zhàn)在內(nèi)的各種攝像機智能化所涉及技術(shù)難題的有效解決，都是行業(yè)本身、業(yè)內(nèi)企業(yè)必須給予足夠重視的。從個人理解的層面來看，要能更加有效地推進攝像機智能化，一個可行的做法就是學習國際上的成功經(jīng)驗，由對此感興趣的“產(chǎn)、學、研、用”機構(gòu)一起組成一個合作體，依照“規(guī)范標準統(tǒng)一、知識合理共享”的原則，以市場需求為導向，形成產(chǎn)業(yè)的、技術(shù)的規(guī)范，以此來引領(lǐng)整個行業(yè)朝著“技術(shù)領(lǐng)先、規(guī)模占優(yōu)”的方向發(fā)展。

同時，在當前的國內(nèi)外經(jīng)濟形勢下，視頻監(jiān)控行業(yè)無疑是一個極其“吸引眼球”的產(chǎn)業(yè)，這樣的產(chǎn)業(yè)應(yīng)該具有一定的引領(lǐng)作用。從對其它產(chǎn)業(yè)的依賴度來看，攝像機智能化最合適、最可行的是進一步帶動半導體行業(yè)的發(fā)展。國內(nèi)半導體行業(yè)最近一次的興起始于上世紀九十年代末期，也正是依靠國內(nèi)有巨大產(chǎn)品需求的多個帶“金”字工程的推進，其在十多年間取得了長足的進步。鑒于國內(nèi)視頻監(jiān)控市場的巨大規(guī)模，特別是在攝像機智能化達到了“規(guī)范標準統(tǒng)一”的條件下，或許應(yīng)該為國內(nèi)的半導體行業(yè)所重視。視頻監(jiān)控行業(yè)憑借其自身的智能化發(fā)展成為推動國內(nèi)半導體行業(yè)再次發(fā)展的源動力，這一點確實值得期待。