智能安防的感知和识别关键技术研究

发布时间：2020-10-09 12:18

　　智能安防系统是通过各种安防设备为一些重要场所提供入侵报警服务的综合性系统,主要包含三个子系统:门禁子系统、监控子系统和入侵报警子系统。智能感知和识别技术在智能安防应用中承担着信息采集和智能分析的任务,并为视频监控等各项智能应用提供技术支撑。基于指纹识别的身份认证系统集便捷性、安全性和互动性于一体,在门禁子系统中最为常用。同时,门禁子系统的安全性要求对指纹识别算法的识别精度和误识别率都提出了巨大挑战。视频监控子系统中基于单摄像头的监控往往存在监控盲区;多摄像头的监控则存在场景分布凌乱,难以全面观察的缺陷。目前的静态相机视频拼接算法在算法速度和拼接效果上都还有待提升。入侵报警子系统中,各种报警探测器需要搭载智能的检测和识别技术以实现自动、及时的报警功能。检测算法不仅要在普通场景中具备高精度的检测效果,还要适应监控场景下存在的天气、光照和遮挡等不确定因素。针对上述安防场景中存在的问题和挑战,本课题面向智能安防应用,重点研究了其中的视觉感知和识别的关键技术。主要研究内容和创新点包括:1.研究了基于指纹方向场正则化的指纹认证识别技术,用于提高门禁子系统的安全性。基于梯度的指纹方向场提取算法得到的初始指纹方向场通常包含较多噪声。总结其中普遍存在的皲裂、污渍和模糊等因素,归纳为结构噪声、块状噪声、高斯噪声及复合噪声。针对指纹数据缺乏的问题,本文通过添加噪声的方式扩充训练数据集,以满足神经网络的训练需求,进而采用回归的方式构建网络模型和损失函数。最后,通过指纹识别的准确率验证本文方向场优化算法的效果。本文在FVC2002,FVC2004,FVC2006和实际采集等数据集上进行对比实验,均取得了较好的结果。高精度和低误识别率的指纹识别技术的是智能门禁安全性的基本要求,本文提出的指纹方向场正则化技术可有效提高指纹识别的各项指标,让指纹门禁系统更加可靠。2.提出一种快速自然的视频拼接算法,包括基于结构保持的图像拼接算法和基于三维图割的缝合线搜索算法,可以为监控子系统提供大角度的场景监控效果。针对透视变换易产生透视畸变,网格变形方法易造成图像结构扭曲等问题,本文提出以特征点配准项、局部相似项、全局相似项和结构保持项等多种能量项进行约束的基于相似变换的网格优化算法,并将生成的掩模应用于后续拼接。在后续的视频帧拼接中,采用基于三维时空块图割的缝合线搜索算法得到平滑且去鬼影的拼接视频。本文通过网络搜集和自主采集的方式构建了数据集进行对比实验,在图像实验和用户实验上均取得了较好的结果。采用快速自然的视频拼接算法融合多摄像头拍摄的场景内容,可有效解决监控场景分布凌乱、难以全面观察的难题,为客户提供更便捷的用户体验。3.提出一种基于空洞卷积的人体姿态识别网络,可为入侵报警子系统提供决策依据。本文沿用自上而下的技术路线,首先采用空洞卷积替换支架网络中的下采样卷积模块,保持特征图尺度不变的同时扩大感受野。其次,通过空间金字塔池化模块提取多尺度特征,丰富所得特征的尺度信息。最后采用反卷积替换常规的上采样与卷积相结合的操作,构建输出热图。本文在COCO 2017、SPID和SHPD等数据集上进行实验并评估算法。实验结果表明,在COCO test-dev数据集中,不同输入大小的测试准确率较现有算法提升了 1.1%和0.5%。本文算法在监控场景下也具有较好的鲁棒性,能够一定程度地适应各种视角、天气、光照和遮挡等因素的干扰。高效的人体姿态识别技术与大场景监控技术相结合可及时地识别外来入侵者并发布警报信息,保障场所安全。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP391.41;TU89
【部分图文】：

摄像头,智能,示例,探测器

图１．２智能摄像头示例逡逑）入侵报警子系统。入侵报警系统是利用传感器和电子信息等技术检测非法的行为，处理并发出报警信息的电子系统。入侵报警系统通常由前端的探设备、传输设备、主控设备和显示设备构成。入侵报警系统的探测器是系统相当于人类的眼、鼻、耳、舌等感知器官，感知现场的温度、湿度、行人化。探测器种类主要有坡璃破碎探测器、红外探测器和视觉探测器等。坡是接触式探测器，是防御系统的最后关卡，该探测器的触发说明财产已经红外探测器和视觉探测器则属于非接触式探测器，可在被入侵之前就发出重要场所的安全。相较于红外探测器，视觉探测器更加的智能化，可以与智析技术相结合，提供更为精确的场景变化信息，为报警系统提供决策支持。逡逑课题面向智能安防的应用，多层次地辅助保障安防场所的安全。本文重点

安防,视频,智能门禁,指纹方向

浙江大学博士学位论文逦第１章绪论逡逑１．４论文的研究内容和贡献逡逑本课题面向智能安防应用，重点研究其中视觉感知和识别的多项关键技术：首先关逡逑注智能门禁应用中的身份认证方法，主要研究了基于指纹方向场特征的指纹识别技术；逡逑其次是视频监控子系统，针对监控视频中普遍存在的碎片化场景情况，为实现安防监控逡逑中大角度的监控效果，提出了快速自然的视频拼接算法；最后研究了入侵报警系统中基逡逑于视觉的人体探测算法，主要技术为人体姿态估计，可为后续的入侵检测的决策和自主逡逑报警提供技术支持，真正实现智能监测。逡逑ｆ邋＇、逦■■■—逦■丨逡逑

框图,自动指纹识别系统,框图

逦：逦＞逦指纹匹配逡逑图２．１自动指纹识别系统（ＡＦＩＳ）框图逡逑由图２．１可见指纹匹配是在指纹特征提取的基础上进行的，因此其性能很大程度上逡逑取决于所采用的指纹特征的显著性和适用性。根据特征的不同，可以将目前主要的指纹逡逑匹配算法归纳为基于细节点的匹配算法、基于脊线的匹配算法、基于结构信息的匹配算逡逑法和基于方向场图像的匹配算法等［７３］。逡逑本章首先介绍指纹特征的研究和分类概况，并具体介绍本章算法中所采取的指纹特逡逑征类型一一指纹方向场，及其提取方式。然后提出基于指纹方向场特征的正则化算法，逡逑通过构建回归网络的框架对初始指纹方向场进行优化。最后在公开数据集上对本章算法逡逑进行评估，并与几种主流的方向场优化算法进行对比。逡逑２．２指纹特征逡逑特征表达问题是指纹识别系统设计的本质，对指纹匹配模块具有深远的影响。在匹逡逑配过程中需要确定所采用的指}图像显著特征的类型，这些特征既能有效区分指纹主体逡逑的身份，又能对既定个体具有特征不变性［６］。因此，特征表达的目的是确定一个度量空逡逑间

【参考文献】