基于视频运动分析检测的入侵探测技术

    入侵探测从探测的目标来区分，通常可分为区域入侵探测和周界入侵探测，前者是指对某一目标区域进行有效监测，发现侵入该区域的入侵行为时产生报警，提醒监管人员注意，而周界入侵探测则通常指对某一线状边界（如重要区域的围墙）进行监测，当发现有非法通过该边界的行为时产生报警。由于区域入侵探测需要同时顾及一个整体的平面，具有一定的难度，因此实际应用中往往多采用周界入侵探测来代替区域入侵探测，即在目标区域的边界上使用周界入侵探测，并假设进入目标区域的行为首先会触动周界入侵报警（在绝大部分情况下这一假设都是成立的），以实现对目标区域的监测保护，但这一假设在某些特殊情况下也是并不成立的，这一点在稍后将有所提及。 

    周界入侵探测技术 

    由于大部分情况下使用的都是周界入侵报警形式，因此以周界入侵探测为例来说明一下目前市场上使用的一些技术。 

    首先，目前市场上最为常用的入侵探测器莫过于红外对射探测器。随便在一些重要的区域转一转，往往都能发现围墙或护栏上端都会有一些黑色的盒子，特别是在拐角处，这便是红外对射探测器。红外对射探测器设备通常成对出现，一个发一个收，互相对应，安装时收发装置需要互相对准，以便接收盒能够接收到由发送盒发送的红外射线。 

    红外对射探测器具有技术成熟、成本低、不受环境光照影响、抗风性好、抗震动性较好等特点，在雾、雨、雪等气候条件下也能保持较好的性能。其缺陷在于设备易老化，使用寿命短等方面，同时，对于安装在墙上或护栏上的红外对射探测器来说，由于鸟类在墙头上的停留也往往会阻断射线从而产生误报警（通常也称为虚警）。此外，红外对射探测器还有一个特点，即其作为报警触发感应头的红外对射线只能直线传播，因此如果某一区域的周界是一个不规则多边形，则只能是一条直线边安装一对探测器，这样会导致成本的增加，如果周界是一条弧形的曲线，则更难以决定使用多少对探测器以及应该安装在何处了。 

    震动电缆是另一种常见的入侵探测器。它采用的是一根特殊的电缆，这根电缆能感应到外界触碰而产生的震动，并电缆内电流的变化，从而触发报警。与红外对射探测器相类似的是，它同样作为一种周界入侵报警装置也通常安装在围墙或护栏的上方，当有人翻越周界时触动震动电缆便会触发报警感应。震动电缆的使用寿命相对于红外对射探测器来说较长一些，而且对于风、雾、雨、雪、温度等外界环境条件有很好的适应性，但同样容易被鸟类等动物造成误触发。同时，由于震动电缆内随时通有电流，因此耗电量相对略高些，而且也会在电缆周围形成电场。 

    与震动电缆相类似的是泄露电缆，其工作原理不同但使用方式却类似。泄露电缆感应的并不是电缆所受的触摸震动，而是由于触摸而造成的电容效应，形成电流波动，从而触发报警机制。泄露电缆的使用寿命也较长，同时对于风、雾、雨、雪等气候条件以及温度、湿度等适应性也较强，而对于动物引起的虚警则性能较差。 

    震动电缆和泄露电缆同属于感应电缆，与红外对射报警器相比成本较高一些，但可以适应较为复杂的多边形或弧形边界。 

    激光对射探测器的报警原理与红外对射探测完全一致，同样也是采用阻断式报警机能，但成本更高一些，设备工作稳定性也更好一些，然而也是属于直线阻断报警，多边形周界同样存在成本增加的问题。 

    微波墙也是一种入侵探测报警装置，从字面上的意义来分析，是采用微波作为感应媒。对于这种装置，笔者接触较少，并不十分熟悉，其使用功能特点也并没有较深入的了解，在此且暂时不提。 

    还有一种物理入侵探测器，称为周界防范围栏，其设备制成围栏形式，摆放在目标边界的周围，它具有整体围栏被破坏时断线报警功能，同时有人攀爬、翻越时也具有受力开路报警性能，对于各类天气气候也有较强的适应性。 

    视频运动分析检测技术 

    从2005年起，一种基于视频运动分析检测技术的入侵探测器技术开始在我国出现，但基本上都是属于国外的品牌或产品，暂时还没有国内的成熟技术所转化出的产品。但国内有很多研究单位或机构都对此技术进行了研究，并取得了很好的研究成果，相信不久的将来，以国内的视频运动分析检测技术为核心的入侵探测产品便可以出现在市场上。 

    所谓视频运动分析检测技术是指采用计算机对监控视频信号进行分析，提取目标检测区域内活动物体的活动特征与活动信息，并与预先规定的报警规则相比较，当发现异常行为时（如不允许侵入的区域出现了侵入行为），则自动产生报警信号，提醒监管人员查看。 

    由于需要监测的目标区域往往本身就配备了监控摄像头，因此视频运动分析检测技术无需再加装其他任何形式的报警感应媒，而只需直接利用监控视频进行分析即可。 

    基于视频运动分析检测技术的入侵探测器技术是一种新的入侵探测技术，具有使用方便，监测面广，设备简单等特点，同时它与其他技术相比还具有一些十分有潜力的优势（后文还将提到），因此逐渐受到人们的关注。 

    以上提到的是一些目前市场上常见的周界入侵探测技术，有些技术成熟，成本低，有些技术先进但仍有待进一步研究发展。对于区域入侵探测技术而言，前文提到过，往往在目标区域的周界线上设置周界入侵探测设备，以实现入侵的探测。然而，使用周界入侵探测方式来代替区域入侵探测毕竟还有一定的缺陷。以最为常用的红外对射探测器来举例，红外对射探测器通常安装在围墙或护栏的上方，无论是一条还是多条红外对射线，其探测的高度往往都在一米之内，如果围墙为3米高，则其探测的范围在于墙头（3米）向上至4米的区域范围，这是建立在有人员想翻越围墙侵入院内时必须要爬越围墙，必然要通过3－4米高度范围这一假定基础之上的。这对于90%以上的情况下来说确实如此，但如果入侵人员采用其他设备或方式（如人体弹跳器）能越过高于4米的高度，则红外对射探测器便已无法探测到该入侵人员的入侵。更为极端的例子，假设入侵人员从直升机上采用绳梯方式进入院内，则根本无需翻越围墙，此时再用周界入侵探测来代替区域入侵探测便是不可行的了。 

    因此，人们也考虑到一些简单的区域入侵探测技术，其一为压力或温度感应报警，即探测目标区域内的地面受力或温度，如果有人入侵则会引起该区域内的压力变化或温度变化，从而触发报警。有时也把密布的红外对射或激光对射探测器组合起来，使任何进入该目标区域的入侵者都会不可避免地触动这些密布的对射探测装置中的一个或几个而产生报警，从而实现对于区域的入侵探测。 

    然而，采用压力、温度或其他方面的感应报警都会有很高的成本，而使用密布对射探测装置来完成区域入侵检测不但成本增加，而且对于这些探测装置的安装位置的设计也有很高的要求，以求达到不会遗漏的目的。 

    视频运动分析检测技术的现状 

    相对于以上提到几种探测技术的缺陷来说，基于视频运动分析检测技术的入侵探测器技术便具有了很大的优势。 

    首先，视频运动分析检测技术的核心是对于监控视频的分析，这种分析不但可以针对于某一条线以实现周界入侵探测，也可以针对某一区域进行分析以实现区域入侵探测，其区别仅在于算法的改变，而对于物理设备来说没有任何不同，因此在不改变系统成本的情况下，它既可以作为周界入侵探测技术，也可以作为区域入侵探测技术。 

    其次，视频运动分析检测技术分析的是视频信号中的目标区域范围，只要有入侵者出现在视野范围之内，不论从哪个方向出现，无论是从围墙外使用弹跳器跳入的，还是直升飞机上下来的，甚至于是挖了个地洞从地下钻出来的，只要入侵者在监控视野内露了面，都会触动报警机制产生报警，这种报警方式杜绝了任何形式的“绕开探测器”的行为，可实现无遗漏报警。 

    第三，无论是红外对射装置或激光对射装置，还是震动电缆、周界防护围栏之类，都会有很明显的入侵探测设备设立在监测地点，而视频运动分析检测技术仅需要对监控视频进行分析，摄像头又可以安装在十分隐秘的地方，因此可以实现隐蔽探测，远程探测，隐蔽性极强，自然也就减少了设备被破坏的危险。 

    第四：在视频运动分析检测技术中，需要分析的目标区域只要在视野范围之内，在视频中能够看到即可，其他没有什么别的要求，因此不论这个目标区域是大是小，是方是圆，是矩形周界还是多边形周界，都没有任何区别，这一点与前面提到的红外对射探测器大不相同，举个例子来说，同样使用周界入侵检测，如果一个区域的围墙原来是四边形，因为某一原因改成了不规则的七边形，则对于红外对射探测器来说，不但这些探测器需要重新安装，而且还须重新增加三对探测器，以实现每一直线边有一对探测器完成探测。但对于视频运动分析检测技术来说，无论围墙怎么改变，只需在视频上重新画一下目标监测区域的周界即可，无须增加任何成本，而且修改也非常容易，也许只是一分钟的时间就解决了。 

    虽然视频运动分析检测技术具有很多的优点，但作为一种新技术，仍然有许多不尽如人意之处，其中最为突出的是对于环境光照的适应性，目前市场上出现的视频运动分析检测产品在环境光照适应性上虽已达到较好的性能，能在很多应用场合表面出较强的鲁棒性，已可以作为一种