工程建設(shè)人臉抓拍識(shí)別監(jiān)控設(shè)計(jì)方法

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摘要：本文對(duì)人臉抓拍識(shí)別監(jiān)控的成像設(shè)計(jì)與安裝設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，明確了在工程建設(shè)中，其監(jiān)控寬度、監(jiān)控距離、鏡頭焦距、安裝高度、俯視角等的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：人臉抓拍；監(jiān)控寬度；監(jiān)控距離；鏡頭焦距；安裝高度

1引言

從2016年開始，以視頻監(jiān)控為主要建設(shè)內(nèi)容的雪亮工程在全國鋪開建設(shè)，各地廣電運(yùn)營商將其作為新業(yè)務(wù)的發(fā)展點(diǎn)，深入?yún)⑴c其中。目前，普通的高清監(jiān)控隨著覆蓋率的提升，建設(shè)量逐漸減少，而標(biāo)志著大數(shù)據(jù)、AI智能、邊緣計(jì)算的智能抓拍監(jiān)控逐漸成為建設(shè)主流。2018年下半年至今，東方有線已先后在上海的青浦區(qū)、金山區(qū)、嘉定區(qū)、松江區(qū)、奉賢區(qū)等地區(qū)累計(jì)獲得十多億的智慧公安項(xiàng)目。傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)計(jì)的主要關(guān)注點(diǎn)集中在監(jiān)控的選點(diǎn)以及線路、電源、防雷等配套建設(shè)上，實(shí)際建設(shè)時(shí)，只要能保證畫面的清晰度，就能較好地完成建設(shè)目標(biāo)。而對(duì)于智能抓拍監(jiān)控，為了能夠準(zhǔn)確地采集人臉、車輛的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息，發(fā)揮優(yōu)良的實(shí)戰(zhàn)效果，僅僅保證畫面的清晰度已無法滿足要求，智能抓拍監(jiān)控的建設(shè)面臨新的挑戰(zhàn)。

2人臉瞳距的確定

《用于技術(shù)設(shè)計(jì)的人體測(cè)量基礎(chǔ)項(xiàng)目》（GB/T5703—2010）在頭部測(cè)量項(xiàng)目中規(guī)定人臉最大寬為左、右顱側(cè)點(diǎn)之間的直線距離；人臉瞳距為兩眼平視前方時(shí)，左、右瞳孔點(diǎn)之間的直線距離。根據(jù)《成年人頭面部尺寸》（GB/T2428—1998），中國男子頭最大寬平均值為154mm，其中90%位于145~164mm之間，瞳孔間距為60mm，其中90%位于58~63mm之間；中國女子頭最大寬平均值為149mm，其中90%位于141~158mm之間，瞳孔間距為58mm，其中90%位于55~62mm之間。本文在進(jìn)行人臉抓拍識(shí)別監(jiān)控的設(shè)計(jì)時(shí)，將以男子、女子頭最大寬的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和男子、女子瞳孔間距平均值的較大值60mm作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

3人臉抓拍識(shí)別監(jiān)控的成像設(shè)計(jì)

在視頻監(jiān)控工程的建設(shè)中，普通的高清監(jiān)控主要以看清人的行為特征或者看清人的體貌特征為主，人臉抓拍識(shí)別監(jiān)控則需要以看清人臉的細(xì)節(jié)特征為主。不同的應(yīng)用目的，其成像的設(shè)計(jì)是不一樣的。監(jiān)控?cái)z像機(jī)的成像中，被攝場(chǎng)景的大小是以鏡頭至被攝場(chǎng)景的距離、鏡頭的焦距以及所要求成像的大小確定的。具體的成像公式為f/w=D/W或者f/h=D/H，其中：f為鏡頭焦距；w為成像寬度，即被攝場(chǎng)景在CCD/CMOS靶面上的成像寬度；D為被攝場(chǎng)景至鏡頭的距離，即攝像機(jī)到監(jiān)控對(duì)象的距離；W為被攝場(chǎng)景的寬度；h為成像高度，即被攝場(chǎng)景在CCD/CMOS靶面上的成像高度；H為被攝場(chǎng)景的高度。工程建設(shè)中，鏡頭所成圖像需要將攝像機(jī)圖像傳感器（CCD/CMOS）全部覆蓋，即需要使用和攝像機(jī)同一規(guī)格的鏡頭或比攝像機(jī)規(guī)格大的鏡頭。不同的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，其圖像傳感器的靶面大小也不同。在選定監(jiān)控?cái)z像機(jī)型號(hào)后，圖像傳感器CCD/CMOS的靶面尺寸也就固定不變了，即w與h已經(jīng)固定。根據(jù)監(jiān)控?cái)z像機(jī)的成像公式，當(dāng)監(jiān)控的對(duì)象確定下來后，成像就由2個(gè)因素決定：攝像機(jī)鏡頭的焦距、攝像機(jī)到監(jiān)控對(duì)象的距離。此時(shí)，攝像機(jī)的焦距與監(jiān)控對(duì)象的大小成正比，攝像機(jī)到監(jiān)控對(duì)象的距離與監(jiān)控對(duì)象的大小成反比。即當(dāng)D不變，f增大時(shí)，H及W減小，看到的監(jiān)控場(chǎng)景變小，看到的監(jiān)控對(duì)象變大，當(dāng)f不變，D增加時(shí)，H及W變大，看到的監(jiān)控場(chǎng)景變大，看到的監(jiān)控對(duì)象變小。本文取人臉瞳距物理距離值為60mm，而在上海地方標(biāo)準(zhǔn)《上海市住宅小區(qū)智能安全技術(shù)防范系統(tǒng)要求》（DB31/T294—2018）中要求人臉采集像素的瞳距為60像素，所以實(shí)際物理距離與成像像素比值為1:1。現(xiàn)以某廠商最新200萬像素和800萬像素智能人臉抓拍攝像機(jī)為例，畫面成像像素分別為1920×1080、3840×2160。因此，為了保證人臉瞳距滿足要求，800萬像素人臉抓拍相機(jī)的成像畫面寬度應(yīng)為3840mm，即W=3.84m≈4m。該設(shè)備的CMOS尺寸為1/1.8寸，即7.18mm×5.32mm，w=7.18mm，根據(jù)監(jiān)控?cái)z像機(jī)的成像公式f/w=D/W，可得：f=1.87D/1000，焦距f（mm）≈2D（m）。同理，200萬像素人臉抓拍相機(jī)的成像畫面寬度應(yīng)為1920mm，即W=1.92m≈2m，CMOS尺寸相同，即w=7.18mm，根據(jù)監(jiān)控?cái)z像機(jī)的成像公式f/w=D/W，可得：f=3.74D/1000，焦距f（mm）≈4D（m）。由此，人臉抓拍識(shí)別監(jiān)控的成像設(shè)計(jì)中，根據(jù)通道寬度、安裝位置、監(jiān)控對(duì)象位置等現(xiàn)場(chǎng)情況，可以準(zhǔn)確確定人臉抓拍攝像機(jī)和鏡頭的規(guī)格，明確監(jiān)控寬度、監(jiān)控距離和鏡頭焦距的設(shè)計(jì)值。

4人臉抓拍識(shí)別監(jiān)控的安裝設(shè)計(jì)

智能人臉抓拍識(shí)別監(jiān)控的主要作用是獲取高質(zhì)量的正臉圖片，使人像攝像頭輸出的圖像質(zhì)量能夠滿足后端動(dòng)態(tài)人像應(yīng)用系統(tǒng)的識(shí)別要求。如圖1所示，人臉抓拍識(shí)別監(jiān)控的安裝設(shè)計(jì)中涉及的參數(shù)除監(jiān)控區(qū)域?qū)挾取⒈O(jiān)控水平距離、鏡頭焦距外，還包括俯視角度和設(shè)備安裝高度。人臉抓拍監(jiān)控安裝高度要求高于人體高度，需具有一定的俯視角度。一是避免被隨意觸摸導(dǎo)致調(diào)校變動(dòng)；二是避免人員前后通過導(dǎo)致人臉出現(xiàn)遮擋。同時(shí)，為了避免抓取的人臉五官變形，俯角也不能太大。為了實(shí)現(xiàn)良好的抓拍效果，下傾角需要控制在10°左右，取人臉中心到地面高度為1.5m，可得監(jiān)控?cái)z像機(jī)安裝高度H=tan0°×D+1.5，其中tan10°≈0.18。因此人臉抓拍識(shí)別監(jiān)控的安裝設(shè)計(jì)高度隨著監(jiān)控距離的變大逐漸變大，如圖2所示。綜合前述成像設(shè)計(jì)中監(jiān)控寬度、監(jiān)控距離、鏡頭焦距的相互關(guān)系，最終可確定人臉抓拍監(jiān)控的設(shè)計(jì)值。

5結(jié)語

智能人臉抓拍識(shí)別監(jiān)控的建設(shè)水平，是動(dòng)態(tài)人像卡口系統(tǒng)識(shí)別性能的先決條件。本文結(jié)合上海市地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，對(duì)智能人臉抓拍識(shí)別監(jiān)控的建設(shè)提出了可行的設(shè)計(jì)方法，旨在明確人臉抓拍識(shí)別監(jiān)控的設(shè)計(jì)值，指導(dǎo)工程建設(shè)，使最終監(jiān)控輸出的人像圖像質(zhì)量能夠滿足后端動(dòng)態(tài)人像應(yīng)用系統(tǒng)的要求。經(jīng)過驗(yàn)證，在實(shí)際工程建設(shè)中，此設(shè)計(jì)方法能準(zhǔn)確地與現(xiàn)場(chǎng)情況匹配，可明顯加強(qiáng)設(shè)計(jì)對(duì)施工的指導(dǎo)作用，簡(jiǎn)化后續(xù)系統(tǒng)調(diào)試階段的工作。同樣，只要CCD/CMOS圖像傳感器尺寸、攝像機(jī)的成像像素以及抓拍識(shí)別對(duì)象的要求像素確定，此方法也適用于其他智能識(shí)別系統(tǒng)工程建設(shè)的設(shè)計(jì)，如車牌抓拍識(shí)別監(jiān)控等。

參考文獻(xiàn)

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[2]GB50395—2007視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB/T2428-1998成年人頭面部尺寸[S].

作者：盛琦鑫 單位：上海金山東方有線網(wǎng)絡(luò)有限公司