自由立體顯示技術(shù)在安全系統(tǒng)中的應(yīng)用
通過自由立體顯示技術(shù)，可讓監(jiān)看人員在不需配備其它輔助工具（如3D眼鏡）的情況下，更真實(shí)、準(zhǔn)確地判別監(jiān)看事物或人物，此技術(shù)具備在安全系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的潛力。
黃小菲 北京康斯環(huán)訊計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程有限公司工程師
前言
通常人們在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中談到的三維顯示，嚴(yán)格地說，它是三維圖像在平面上的投影，和人們生活中肉眼所見的三維圖像有較大區(qū)別。由于這種三維圖像的視覺來自一個(gè)平面圖像的顯示，導(dǎo)致所看到的圖像“失真”。例如，邊防和公安在查驗(yàn)身份證或者護(hù)照時(shí)，對照證件持有者時(shí)會(huì)發(fā)生難以判別的情況，也經(jīng)常發(fā)生臉型等基本特征與證件照片相似的嫌疑人順利通過查驗(yàn)而導(dǎo)致案件發(fā)生。其最大的問題在于正面平面頭像難以表現(xiàn)面部鼻梁、額頭、嘴唇、下巴以及臉頰的凸起程度，而側(cè)面頭像又難以表現(xiàn)面部所有特征，在安全系統(tǒng)中是重大的安全死角和隱患，即使采用綜合生物識別技術(shù)（包括DNA識別技術(shù)），由于生物技術(shù)樣本問題、識別技術(shù)本身的不唯一性和生物識別技術(shù)實(shí)際使用問題，目前還沒有快速、簡潔、可靠的識別方法。
而自由立體顯示技術(shù)的應(yīng)用將為安全系統(tǒng)領(lǐng)域帶來新的技術(shù)革命，其標(biāo)志著平面視頻將向立體視頻發(fā)展。這種顯示和處理技術(shù)除了在視覺上更加真實(shí)、準(zhǔn)確外，在警戒區(qū)立體設(shè)防、立體視頻智能行為分析和立體面部智能識別都有非常廣闊的應(yīng)用前景。
其實(shí)，傳統(tǒng)的立體顯示技術(shù)已經(jīng)存在多年，人們在觀看立體電影時(shí)帶上特殊的眼鏡就可以欣賞到真實(shí)動(dòng)感的立體電影。但是由于傳統(tǒng)的立體顯示技術(shù)需要帶上特殊的眼鏡，使用起來很不方便，給立體顯示技術(shù)的推廣帶來一定的困難。而最新的自由立體顯示技術(shù)使得人們可以不用帶上眼鏡觀看立體電影了，同時(shí)這種顯示技術(shù)可以很快地推廣到安全系統(tǒng)領(lǐng)域里。
立體顯示原理
最新開發(fā)出的自由立體顯示器（如圖1）是建立在人眼立體視覺原理上的新一代自由立體顯示設(shè)備。它不需要借助于任何輔助設(shè)備(如3D眼鏡)即可獲得具有完整的帶有縱深信息的三維圖像。自由立體顯示設(shè)備能夠利用多通道自動(dòng)立體顯示技術(shù)提供逼真的3D影像。它根據(jù)視差原理，利用特定的掩模算法，將展示影像交互排列，然后在通過特定的視差屏障后，由兩眼捕捉觀察。視差屏障通過光柵陣列(即利用摩爾干涉條紋判別法精確安裝在顯示器液晶板平面上，同時(shí)需要針對每塊液晶板的立體圖像進(jìn)行精確校準(zhǔn))采用數(shù)字技術(shù)準(zhǔn)確控制每一個(gè)像素透過的光線，只讓右眼或左眼看到，由于右眼和左眼觀看液晶板的角度不同，利用這一角度差遮住光線就可將圖像分配給右眼或左眼，經(jīng)過大腦將這兩幅有差別的圖像合成為一幅具有空間深度和維度信息的圖像，從而使您不需要任何助視設(shè)備(如戴上3D眼鏡)即可看到3D圖像。
換句話說，自由立體顯示器完全依據(jù)人體眼睛獲取的視覺效果，使得左眼和右眼獲得完全不同的視頻圖像，這樣兩路有差異的圖像在人的大腦中合成空間的立體圖像，就像人們?nèi)粘Ｒ曈X效果一樣，甚至可以獲得所視物體的大致距離。如圖2所示。
目前安全系統(tǒng)中視頻智能行為分析中的問題
在前言中我們已經(jīng)提到，當(dāng)前安全系統(tǒng)仍然存在諸多問題，也即存在安全隱患：
·證件照片與證件持有人不完全對應(yīng)問題：之所以存在證件照片與證件持有人不完全對應(yīng)問題，是由于信息不完全造成的，因?yàn)槊娌刻卣魇侨S空間特征，而當(dāng)前照片是二維特征（即將面部三維空間特征投影到二維平面），因此在三維特征向二維平面投影時(shí)將損失大量信息，從而導(dǎo)致證件照片與證件持有人不能一一對應(yīng)；
·電視監(jiān)控系統(tǒng)中嫌疑人圖像與實(shí)際嫌疑人差異問題：當(dāng)前電視監(jiān)控系統(tǒng)的視頻圖像也是三維人體在二維平面上的投影，同證件照片與證件持有人不完全對應(yīng)問題一樣，在取證所用的視頻圖像作為取證的嫌疑人認(rèn)定存在一定的難度；
·基于二維視頻智能行為分析問題：目前正在興起的視頻智能行為分析幾乎全部是基于二維平面的視頻分析，基本按照六大典型視頻行為分析（區(qū)域入侵檢測、絆線檢測、攝像頭模糊檢測、攝像頭遮擋檢測、攝像頭移動(dòng)檢測和丟包檢測）。以區(qū)域入侵檢測為例，操作者在視頻圖像設(shè)定區(qū)域入侵檢測范圍，如圖3。
安全系統(tǒng)中自由立體顯示技術(shù)應(yīng)用
自由立體顯示技術(shù)在未來安全系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)、災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)中可以獲得廣泛的應(yīng)用。在此，將介紹自由立體顯示技術(shù)在安全系統(tǒng)中應(yīng)用的簡單情況。
目標(biāo)距離的確定
目標(biāo)距離的確定是立體視頻智能行為分析的基礎(chǔ)。自由立體顯示通過兩臺或者多臺攝像機(jī)圖像的數(shù)學(xué)處理，可以得到目標(biāo)到攝像機(jī)的距離參數(shù)D。
在得到目標(biāo)距離D后就可以得到目標(biāo)的高度和寬度。這可以大大降低由于物體遮擋攝像機(jī)導(dǎo)致的誤報(bào)警，實(shí)現(xiàn)立體視頻智能分析。如圖4所示。
自由立體顯示嵌入式硬盤錄像機(jī)
采用自由立體顯示技術(shù)的硬盤錄像機(jī)，將實(shí)現(xiàn)同步立體視頻監(jiān)視、同步立體視頻信息存儲(chǔ)、同步立體視頻圖像回放和同步立體視頻圖像的傳輸?shù)?，這樣在自由立體顯示器上顯示的是更貼近真實(shí)的現(xiàn)場立體視頻圖像，完全可以作為取證、分析，使得監(jiān)控更具有現(xiàn)場立體效果和高清晰度。
傳統(tǒng)的數(shù)字硬盤錄像機(jī)采用不同的標(biāo)準(zhǔn)壓縮格式（MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4或H.264）將每路視頻分別獨(dú)立壓縮處理，用于遠(yuǎn)傳、存儲(chǔ)和回放。而基于自由立體顯示技術(shù)的立體數(shù)字圖像硬盤錄像機(jī)，其每路立體視頻至少需要占用兩路視頻，兩路或多路視頻的每幀必須完全同步，所采用的是專用雙路或多路視頻的立體攝像機(jī)。由于自由立體顯示技術(shù)是全新的數(shù)字處理技術(shù)，有關(guān)圖像壓縮方式、傳輸和相關(guān)規(guī)約目前還沒有形成國際標(biāo)準(zhǔn)。
需要說明的是采用自由立體顯示技術(shù)對計(jì)算機(jī)處理能力、存儲(chǔ)能力和網(wǎng)絡(luò)傳輸能力提出了更高的要求，經(jīng)過我們大致測算，每路立體視頻所占用的資源大約是原有視頻所占用資源的兩倍以上；立體視頻技術(shù)的開發(fā)難度較大，還需要考慮與現(xiàn)有平面視頻顯示技術(shù)的兼容問題，即系統(tǒng)既可以顯示立體視頻，又可以切換到平面的視頻顯示，避免重復(fù)投資和系統(tǒng)的單一性。
護(hù)照身份證立體頭像照片顯示
隨著恐怖分子所掌握科技水平的不斷提高，恐怖活動(dòng)涉及面越來越廣，甚至可能危害百姓的生命安全，我國的反恐系統(tǒng)被用戶提出更高的要求。因此如何快速、簡便、高效和可靠地識別證件持有者是否對應(yīng)證件是極其關(guān)鍵的技術(shù)之一。由于立體頭像特征為三維特征，除了表征頭像的平面臉部特征外，對人臉部的凹凸特征也可清晰顯示，因此可以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的鑒別。在海關(guān)、邊防、賓館、產(chǎn)權(quán)交易、購物、登記等如果配置帶自由立體顯示屏的身份證讀卡器，就可以對比證件持有者立體頭像特征。
立體頭像照片顯示技術(shù)是自由立體顯示技術(shù)的最新應(yīng)用。首先對證件持有人采用立體數(shù)碼照相機(jī)進(jìn)行拍照并按立體圖片格式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中（也可以存放在證件的IC卡中）。證件檢查人員持有帶自由立體顯示的讀卡器，當(dāng)對證件進(jìn)行讀取時(shí)，讀卡器可以從中心數(shù)據(jù)庫中調(diào)出（也可從證件IC卡中調(diào)出）對應(yīng)的立體頭像照片，并在自由立體顯示屏上顯示。由于立體頭像更加真實(shí)、清晰，在判別假證、假照、非法持有者與傳統(tǒng)的身份證或者護(hù)照照片對比等工作中具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，可大大減少工作中可能的失誤。
在當(dāng)前生物識別技術(shù)尚不能完全滿足高等級安全系統(tǒng)需要的情況下，自由立體顯示技術(shù)由于其直觀、辨認(rèn)迅速、便于普及和操作方便將大大提高安全系統(tǒng)的安全等級。
場景監(jiān)視應(yīng)用
自由立體顯示技術(shù)在場景監(jiān)視應(yīng)用中也將得到廣泛應(yīng)用。場景監(jiān)視的的終極目標(biāo)就是追求現(xiàn)場的真實(shí)感，但在傳統(tǒng)的場景監(jiān)視中，包括神六的發(fā)射、戰(zhàn)場監(jiān)視系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)，這些都是采用平面顯示技術(shù)，由于顯示的是二維信息，其真實(shí)感差，沒有空間布局特征。如果應(yīng)用自由立體顯示技術(shù)，在大場景安全系統(tǒng)監(jiān)控、戰(zhàn)場監(jiān)視、城市災(zāi)害應(yīng)急救援指揮將發(fā)揮更大的作用。如最近發(fā)生的5.12汶川大地震，如果采用自由立體顯示技術(shù)對倒塌的房屋進(jìn)行三維立體顯示，那么房屋結(jié)構(gòu)專家就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程會(huì)診，為傷員搶救提供及時(shí)的技術(shù)支持。
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