智能視頻分析技術(shù)成為文物保護中的新功臣

文物安全是文物工作的底線、紅線和生命線。文化部、國家文物局推進的第三次全國文物普查和第一次全國可移動文物普查過程中，共普查登記不可移動文物76.7萬處、國有可移動文物1.08億件（套）。近年來，在黨中央、國務(wù)院的高度重視下，各級文物行政部門堅持“保護為主、搶救第一、合理利用、加強管理”的文物工作方針，按照《國務(wù)院關(guān)于進一步加強文物工作的指導意見》（國發(fā)〔2016〕17號）和《國務(wù)院辦公廳關(guān)于進一步加強文物安全工作的實施意見》（國辦 發(fā)〔2017〕81號）要求，實施文物平安工程，文物保護基礎(chǔ)工作不斷夯實，保護經(jīng)費和保護力量持續(xù)增長，文物保護狀況明顯改善。但隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展，文物安全形勢依然嚴峻，盜竊盜掘等文物犯罪屢打不止，一些地方不可移動文物遭受破壞嚴重，文物建筑火災(zāi)事故多發(fā)，文物工作面臨著一些新的問題和困難。據(jù)國家文物局統(tǒng)計，2016年度各級文物行政部門督察督辦或者配合相關(guān)部門處置文物安全案件（事故）137起。其中，盜掘古文化遺址古墓葬案件103起，盜竊、搶劫文物案件12起，故意或者過失損毀文物案件2起，失職造成珍貴文物損毀流失1起，文物火災(zāi)事故14起，其他文物安全事故5起。

面對日益繁重的文物保護任務(wù)和高標準的保護要求，采用成熟的智能視頻分析技術(shù)和設(shè)備，利用智能視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)主動性防范功能，實現(xiàn)事前智能預警、事中聯(lián)動處置、事后高清取證的防范效果，發(fā)揮科技創(chuàng)新的引領(lǐng)作用，提高文物安全防范的科技含量和裝備水平，是現(xiàn)代信息技術(shù)條件下文物安全防范的必由之路。

智能視頻分析原理及實現(xiàn)方法

智能視頻分析（IVA：Intelligent Video Analytics）是使用計算機圖像視覺分析技術(shù)，通過對監(jiān)控場景的視頻圖像內(nèi)容進行分析、識別或優(yōu)化，提取場景中的關(guān)鍵信息，產(chǎn)生高層的語義理解，并形成相應(yīng)事件和告警的監(jiān)控方式。基于計算機視覺的智能視頻分析融合了圖像處理、模式識別、人工智能、自動控制及計算機科學等多個學科領(lǐng)域的技術(shù)，可以通過在攝像機監(jiān)控場景中預設(shè)的不同報警規(guī)則，從監(jiān)控畫面中分離出背景和對象，針對“條件、對象、事件”進行判斷，一旦目標在場景中出現(xiàn)了違反預定義規(guī)則的行為，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警，驅(qū)動本地報警設(shè)備向后端監(jiān)控中心發(fā)送報警數(shù)據(jù)。監(jiān)控工作站自動彈出報警信息并發(fā)出警示音，用戶可以通過點擊報警信息，實現(xiàn)報警時監(jiān)控場景的復核并采取相應(yīng)處置措施。

智能視頻監(jiān)控技術(shù)借助于處理器芯片的強大計算功能，對視頻畫面中的海量數(shù)據(jù)進行高速分析，過濾掉用戶不關(guān)心的信息，為監(jiān)控者提供有用的關(guān)鍵信息。與傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)能從原始視頻中分析挖掘出有價值的信息，變?nèi)斯に欧橹鲃幼R別，變事后查證為事前預警、事中分析，能將安保值班人員從低效緊盯屏幕的繁重勞動中解脫出來，極大地提高了安全防范工作的主動性和智能化程度。

目前，廣泛應(yīng)用的智能視頻分析技術(shù)基本分為四大類：視頻分析類、視頻識別類、視頻診斷類和視頻改善類。

視頻分析類主要是在監(jiān)控圖像中找出目標，并檢測目標的運動特征屬性，如目標相對的像素點位置、目標的移動方向及相對像素點移動速度、目標本身在畫面中的形狀及其改變等。常用的視頻分析類功能模塊包括：越界偵測、目標移動方向偵測、目標運動/停止狀態(tài)偵測、目標出現(xiàn)/消失偵測、目標密度偵測、人/車流量統(tǒng)計、徘徊偵測、尾隨偵測、PTZ自動追蹤、感煙/感溫/火焰等火災(zāi)探測等。

視頻識別類主要是采用圖像識別、圖像比對及模式匹配等技術(shù)，通過對人、車、物等目標相關(guān)特征信息的提取與分析，將目標特征信息與數(shù)據(jù)庫中已有特征信息進行比較，根據(jù)相似程度對人、車、物等目標的身份信息進行判斷。常用的視頻識別類功能模塊包括：人臉識別、車輛特征識別等。

視頻診斷類主要是針對視頻圖像出現(xiàn)的信號丟失、圖像模糊、圖像過亮、圖像過暗、圖像偏色、畫面凍結(jié)、云臺失控、噪聲干擾、條紋干擾、視頻遮擋等前端攝像機故障、視頻信號干擾、視頻質(zhì)量下降等進行監(jiān)測、分析、判斷和報警，保障視頻監(jiān)控系統(tǒng)有效運行。視頻質(zhì)量診斷功能通常通過后端管理平臺實現(xiàn)，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)日常使用和運行維護中的作用十分明顯。

視頻改善類主要是將模糊不清或抖動嚴重的監(jiān)控畫面進行優(yōu)化處理，以增加視頻的可監(jiān)控性能。常用的視頻改善類功能模塊包括：低照度圖像增強、失焦圖像復原、雨雪霧等惡劣天氣圖像增強、人臉超分辨率重建、車牌超分辨率重建、高速運動目標圖像復原、視頻穩(wěn)像等。

智能視頻分析常用的實現(xiàn)方式包括前端分布式智能分析、后端集中式智能分析或二者的組合應(yīng)用。前端分布式智能分析是將智能分析算法內(nèi)嵌于前端攝像機DSP或類似嵌入式系統(tǒng)中，前端攝像機采集視頻圖像的同時，完成相關(guān)的智能分析功能，并向后端監(jiān)控中心傳送監(jiān)控圖像和智能分析結(jié)果；后端集中式智能分析是智能分析功能由后端監(jiān)控中心服務(wù)器（含智能分析軟件）統(tǒng)一完成，前端攝像機僅采集、傳送監(jiān)控圖像。隨著視頻安防監(jiān)控相關(guān)軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，目前大部分主流廠商已將越界偵測、區(qū)域入侵、人員聚集、物品遺留/拿取等偵測功能以及車牌識別、過線計數(shù)等功能內(nèi)置于前端智能攝像機，一定程度上減少了后端硬件設(shè)備的投資。對于業(yè)務(wù)應(yīng)用要求高、需要復雜分析算法實現(xiàn)的智能分析功能，可采用前端分布式和后端集中式智能分析相結(jié)合的方式實現(xiàn)。

智能視頻分析技術(shù)在文物安全防范中的應(yīng)用

文物按存在形態(tài)分類，一般分為可移動文物和不可移動文物。可移動文物主要指館藏文物和流散文物，包括石器、陶器、銅器、金銀器、瓷器、漆器、玉器、書畫、古文獻等。不可移動文物基本上都是文物史跡，包括古建筑、石窟寺、石刻、古遺址、古墓葬、紀念建筑、近代現(xiàn)代重要建筑等。智能視頻分析技術(shù)在文物安全防范領(lǐng)域主要應(yīng)用在周界防護、藏品/展品及不可移動文物保護、安全管理、系統(tǒng)智能運維等方面。

周界防護

周界是指需要進行實體防范或/和技術(shù)防范的某個區(qū)域的邊界。多數(shù)博物館外周界直接與紛繁復雜的周邊環(huán)境毗鄰，新建博物館在規(guī)劃建設(shè)時又大多采用通透式、開放式設(shè)計，而古遺址、古墓葬等由于保護范圍面積巨大，更是難以建設(shè)完整的實體防護設(shè)施，在博物館和文物保護單位周界防護方面，人防和物防的難度相對較大。因此，結(jié)合博物館和文物保護單位的周界情況和展陳特點，采用成熟的智能視頻分析技術(shù)進行周界防護，是完善縱深防護體系、感知風險事件的前沿保障。用于周界防護的智能視頻分析技術(shù)主要包括越界偵測、人臉識別、車輛特征識別等。

越界偵測是通過對監(jiān)控圖像序列的處理和分析，識別目標的越界行為，并對潛在的危險行為進行報警。實際應(yīng)用中，在博物館、文物保護單位和考古發(fā)掘現(xiàn)場等外周界、重要區(qū)域周界安裝具有智能分析功能的視頻監(jiān)控裝置，用戶根據(jù)安全防范需求，在視頻圖像中劃定雙向或單向絆線，當系統(tǒng)檢測到有運動目標跨越絆線時，自動發(fā)出越界報警，直觀地提示安全保衛(wèi)人員及時處置。

人臉識別是基于人的臉部特征信息進行身份識別的一種生物識別技術(shù)，系統(tǒng)通過人臉圖像采集及檢測、人臉圖像預處理、人臉圖像特征提取以及匹配與識別，實現(xiàn)遠距離、用戶非配合狀態(tài)下的快速身份識別。實際應(yīng)用中，在博物館和文物保護單位周界出入口安裝視頻監(jiān)控裝置，系統(tǒng)通過采集、分析、鑒別出入人員人臉圖像信息進行身份識別，確定人員的通行權(quán)限，并為檢索查證提供便利。通常情況下，人臉識別系統(tǒng)需與出入口控制執(zhí)行裝置（電控鎖、速通門等）配合使用，實現(xiàn)對人員出入的有序管理。

車輛特征識別是計算機視頻圖像識別技術(shù)在車輛信息識別中的一種應(yīng)用，能夠?qū)⒆R別區(qū)域內(nèi)運動中的車輛信息從復雜背景中提取出來，通過車輛信息提取、圖像預處理、特征提取、車牌識別等技術(shù)，進行車輛牌照、車身顏色、車型、車款、車標等車輛特征識別。實際應(yīng)用中，在博物館和文物保護單位周界出入口安裝視頻監(jiān)控裝置，系統(tǒng)通過采集、分析、識別出入車輛特征信息，確定車輛的通行權(quán)限，并為檢索查證提供便利。通常情況下，車輛特征識別系統(tǒng)需與出入口控制執(zhí)行裝置（欄桿機、車輛路障等）配合使用，實現(xiàn)對車輛出入的有序管理。

藏品/展品及不可移動文物保護

在博物館和文物保護單位安全防范工作中，藏品/展品及不可移動文物的保護是重中之重，充分運用智能視頻技術(shù)加強文物庫房、陳列展品和重要目標的防護，是確保文物安全的現(xiàn)實要求，也是阻止違法犯罪的重要手段。用于藏品/展品及不可移動文物安全防護的智能視頻分析技術(shù)主要包括人臉識別、區(qū)域入侵偵測、物品拿取偵測等。

在文物庫區(qū)/庫房出入口安裝視頻監(jiān)控裝置，利用人臉識別技術(shù)非強制性、非接觸性及良好的防偽、反欺詐、準確、可靠、直觀、方便等特點，實現(xiàn)人臉圖像采集、識別、比對、身份確認和安全驗證，可有效避免傳統(tǒng)出入口控制技術(shù)中密碼易被泄露盜用、指紋易被復制拒識、卡片易被竊取冒用等風險。

在文物庫區(qū)、展廳、藏品/展品卸運交接區(qū)及重要不可移動文物保護區(qū)域等處安裝視頻監(jiān)控裝置，采用區(qū)域入侵偵測技術(shù)，偵測視頻中是否有物體進入防護區(qū)域，根據(jù)判斷結(jié)果發(fā)出報警信息，可直觀、及時、有效地發(fā)現(xiàn)重要保護區(qū)域中出現(xiàn)的異常情況，提高安全保衛(wèi)人員的處置效率，增強藏品/展品及不可移動文物防盜竊、防搶劫、防破壞的效能。

對于特別重要的藏品/展品，還可以采用物品拿取偵測技術(shù)，用于檢測所設(shè)置的特定區(qū)域內(nèi)是否有物品被拿取，當發(fā)現(xiàn)有物品被拿取時，系統(tǒng)會根據(jù)判斷結(jié)果及時發(fā)出報警信息，安全保衛(wèi)人員針對意外情況快速采取措施，最大程度地降低損失。

安全管理

安全管理是博物館和文物保護單位日常工作的重要組成部分，在信息化條件下，運用智能視頻分析技術(shù)實現(xiàn)人、車、物、環(huán)境的動態(tài)管理，是保證文物處于最佳安全狀態(tài)的根本環(huán)節(jié)。用于博物館和文物保護單位安全管理的智能視頻分析技術(shù)主要包括人/車流量檢測與統(tǒng)計、物品遺留偵測、徘徊偵測、人員聚集檢測、人群異常行為檢測及智能視頻火災(zāi)探測等。

人/車流量檢測與統(tǒng)計是指對過往人員和車輛進行智能識別、分析、統(tǒng)計的功能，當人員或車輛通過劃定的界線、進入劃定的區(qū)域時，觸發(fā)自動識別、自動記錄和自動統(tǒng)計，當人員數(shù)量或車輛數(shù)量達到設(shè)定的閾值時，系統(tǒng)會觸發(fā)報警。實際應(yīng)用中，在博物館和文物保護單位、陳列展區(qū)或參觀景區(qū)的觀眾/車輛主要出入口安裝視頻監(jiān)控裝置，在視頻圖像中劃定檢測界線或區(qū)域，進出的人員/車輛通過時，觸發(fā)前端攝像機的記錄和識別功能，對進入或離開該區(qū)域的人/車數(shù)量進行實時記錄和匯總。當進入該區(qū)域的人數(shù)達到設(shè)定的上限時，觸發(fā)報警功能，方便安全保衛(wèi)人員有效地控制進入?yún)⒂^區(qū)域的人員/車輛數(shù)量，避免參觀區(qū)域超負荷運轉(zhuǎn)。同時，通過對人/車流量檢測與統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析，還可以為文博展陳設(shè)計、應(yīng)急預案制定、交通出行優(yōu)化及資源合理利用等提供科學的依據(jù)。

物品遺留偵測技術(shù)用于檢測所設(shè)置的特定區(qū)域內(nèi)是否有物品遺留，當發(fā)現(xiàn)有物品遺留時，系統(tǒng)會觸發(fā)報警。實際應(yīng)用中，在博物館和文物保護單位的公眾服務(wù)區(qū)、陳列展覽區(qū)及其他重要區(qū)域安裝視頻監(jiān)控裝置，在視頻圖像中劃定檢測區(qū)域，當有滿足預設(shè)尺寸范圍的物品被遺留在檢測區(qū)域內(nèi)并停留時間達到預設(shè)閾值時，系統(tǒng)自動觸發(fā)報警，并在視頻圖像中物品停放位置產(chǎn)生告警提示框，直觀地提醒安全保衛(wèi)人員注意有異常物品遺留。

徘徊偵測技術(shù)用于實時偵測、分析目標在設(shè)定區(qū)域內(nèi)的活動情況，并對超過設(shè)定時間閾值的徘徊、滯留等異常行為發(fā)出報警。實際應(yīng)用中，在博物館、文物保護單位和考古發(fā)掘現(xiàn)場等外周界、重要區(qū)域周界安裝具有智能分析功能的視頻監(jiān)控裝置，實時分析監(jiān)控區(qū)域內(nèi)目標的徘徊、滯留情況，及時發(fā)出異常行為預警，提醒安全保衛(wèi)人員關(guān)注和處置。

人員聚集檢測技術(shù)用于實時監(jiān)測設(shè)定區(qū)域內(nèi)人員的密度，并對人員密集程度超過設(shè)定的閾值的情況發(fā)出報警。實際應(yīng)用中，在博物館和文物保護單位的出入口、公眾服務(wù)區(qū)、陳列展覽區(qū)及其他重要區(qū)域安裝視頻監(jiān)控裝置，實時監(jiān)測人員進出和活動情況，發(fā)生人員聚集情況及時進行預警提示，有效控制全局人數(shù)、疏導局部人流、維護參觀秩序、預防群體性事件發(fā)生。

人群異常行為檢測技術(shù)用于對監(jiān)控圖像中人員突然加速、快速移動、人群騷亂等反常行為進行實時監(jiān)測并發(fā)出報警。實際應(yīng)用中，在博物館和文物保護單位的出入口、公眾服務(wù)區(qū)、陳列展覽區(qū)及其他重要區(qū)域安裝視頻監(jiān)控裝置，及時發(fā)現(xiàn)人群異常行為并預警，以便安全保衛(wèi)人員及時調(diào)度處置，控制突發(fā)事件的進一步惡化。

智能視頻火災(zāi)探測技術(shù)是在背景建立、更新及前景提取的基礎(chǔ)上，對視頻序列的分析和處理，自動檢測監(jiān)控場景中是否存在煙霧或火焰，并計算起火點的位置。智能視頻分析技術(shù)在消防領(lǐng)域的產(chǎn)品形態(tài)統(tǒng)稱為圖像型火災(zāi)探測器，按探測原理可分為圖像型感煙火災(zāi)探測器、圖像型火焰火災(zāi)探測器等，采用視頻圖像方式分析燃燒或加熱過程中產(chǎn)生的煙霧/火焰，進行火災(zāi)探測報警。實際應(yīng)用中，在博物館和文物保護單位室內(nèi)高大空間及古建筑、文物保護范圍內(nèi)林木茂密區(qū)周邊安裝視頻監(jiān)控裝置，通過采集近紅外圖像和可見光圖像，利用智能視頻分析對煙霧、火焰的顏色、形狀、紋理、變化趨勢、邊緣特性、頻率特性等進行分析判斷，實現(xiàn)煙霧和火焰實時探測、火災(zāi)早期預警、直觀展示火場信息、準確定位起火點位置等功能，對于預防電氣類熱災(zāi)害、人為意外性熱災(zāi)害及自然災(zāi)害、迅速啟動應(yīng)急預案、及時控制火情具有重要的作用。

系統(tǒng)智能運維

隨著博物館和文物保護單位安全防范系統(tǒng)建設(shè)的不斷完善，大量視頻監(jiān)控設(shè)備的應(yīng)用在提升技防效能的同時，也給系統(tǒng)的運行維護帶來了巨大的壓力，傳統(tǒng)的依靠人工評測的方式對圖像質(zhì)量進行遍歷巡檢已經(jīng)遠不能滿足高清數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用和維護的需要。采用智能視頻診斷技術(shù)，通過對攝像機拍錄的圖像序列進行自動分析，對前端攝像機故障、視頻信號干擾、視頻質(zhì)量下降、視頻遮擋、場景變更等進行監(jiān)測、分析、判斷和報警，結(jié)合視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)的設(shè)備管理、任務(wù)管理、質(zhì)量診斷管理、檢查結(jié)果管理、維修管理、統(tǒng)計分析管理等功能，幫助運維人員實時掌握視頻監(jiān)控設(shè)備的運行情況，及時進行設(shè)備維修保養(yǎng)，實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)運行維護的自動化和智能化，提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運維效率。

結(jié)語

隨著信息時代、人工智能時代的到來，在文物安全防范中將科技作為重要輔助手段已成共識，智能視頻分析技術(shù)的應(yīng)用為充分發(fā)揮視頻監(jiān)控系統(tǒng)效能、有效提升文物安全管理水平提供了更多可能。智能視頻分析應(yīng)用是一個覆蓋廣泛的系統(tǒng)性工程，涉及圖像處理、計算機視覺、模式識別、人工智能、通信和網(wǎng)絡(luò)等諸多技術(shù)領(lǐng)域，在博物館、文物保護單位和考古發(fā)掘現(xiàn)場等實際應(yīng)用場所，需根據(jù)建筑形態(tài)、文物種類、風險等級、管理模式等因素，結(jié)合人防和物防條件，采用與保護對象風險等級相適應(yīng)的智能視頻分析技術(shù)和裝備，進一步推動文物安全保護與現(xiàn)代科技融合創(chuàng)新，拓展智能視頻分析技術(shù)在文物安全防范中的應(yīng)用廣度和深度，為寶貴文化遺產(chǎn)保護、中華優(yōu)秀文化傳承提供技術(shù)支撐。