计算机视觉技术在人体行为分析中的研究与应用

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　　摘   要：计算机视觉技术的研究一直受到全世界的广泛关注。计算机视觉技术已经广泛应用于工农业生产、社会公共安全、人机交互、虚拟现实等领域，不仅给人们的生产生活带来了极大方便，也对各行业管理以及整个社会产生极大的影响。在未来基于视频的人体行为分析研究中，复杂场景下自然的人体行为分析将是一个重要的发展方向。文章对此展开了分析。
　　关键词：视觉技术;行为分析;智能监控
　　作为一种多学科综合应用下的新技术，计算机视觉技术的研究一直受到全世界的广泛关注，随着人们对该技术研究的不断深入，其应用领域也越来越广。计算机视觉技术的应用不仅给人们的生产生活带来了极大方便，同时也对各行业管理以及整个社会产生了极大的影响。
　　1    计算机视觉技术研究
　　人们观察和认知周围环境主要是通过视觉这一途径来完成，基于现阶段计算机数据处理速度的大幅度提升和计算机视觉技术的不断发展，计算机在其辅助设备的帮助下已经具有与人类类似的部分视觉功能，能够帮助或部分代替人眼及大脑观察和感知外界事物。基于视频的人体行为分析的主要目标是识别并且理解人的个体动作、人和周围环境的交互以及人和人之间的交互，在极少人为干预甚至不需要人为干预的环境下，该分析利用计算机及视频相关技术实现人体检测、跟踪和行为理解。虽然这些不过是人体认知系统最简单的本能反应，但由于人类在运动习惯和形态等方面存在差异，特别是周围环境的复杂性，对于一个计算机系统而言，要准确分析并且理解视频中的人体行为在目前仍然是一项具有挑战性的工作。
　　人体行为分析最早可以追溯到19世纪动物行为机械学，但直到20世纪90年代，人体行为分析才真正开始受到关注。由于受到各方面条件的限制，在这个时期对人体行为的分析一般是先构建人体模型，再匹配模型和行为序列，然后计算参数，最后达到行为的分析和理解[1]，该方法计算量较大，难以分析复杂的行为，因此发展较为缓慢。目前对于计算机模式识别和视觉技术领域的研究已经是热门话题，该研究涉及模式识别、计算机图像信息处理、计算机视觉处理及人工智能等众多学科，对于提高计算机视觉处理能力的智能化而言，这些研究有着重要的意义。
　　2    计算机视觉技术在人体行为分析中的应用
　　计算机视觉技术已经被广泛应用于工农业生产、社会公共安全、人机交互、虚拟现实等领域。在工业生产中，计算机视觉技术在工业探伤、工业检测、生产自动化等方面的应用可以进一步提升自动化程度，确保产品质量的一致性，避免由于人工疲劳以及注意力不集中带来的工业生产损失[2];在农业生产中，利用计算机视觉技术对农作物生长过程中的病害虫进行监测，对同种农作物的形状、大小和色泽进行检测达到对农产品的分类、分级，对农作物从育苗、生长、收割、管理各个环节进行自动化管理检测;对有采集需求的林木等进行图像采集得到其所处的具体位置信息，再结合专业机械手完成采集[3]。将计算机视觉技术应用在农业生产中，不仅可以减少人力劳动，而且可以提高管理生产效率，实现农业生产的自动化[4]。社会公共安全管理中，计算机视觉技术在支票辨别、公共安全侦查、犯罪侦破、指纹配比、罪犯人脸合成与识别等方面的应用可防止多种类型的犯罪发生，有效侦破犯罪案件，促进社会的稳定发展。
　　除了在工农业方面的广泛应用外，基于计算机视觉技术的对人体行为的分析也具有广阔应用前景。
　　2.1  视频监控分析
　　目前社会面临的各种恐怖事件和突发性事件越来越多，对新一代的智能化监控技术需求愈加迫切，亟需在各类监控系统中应用视频人体行为分析技术，实现对外部事件的实时分析，达到监控智能化。随着计算机技术的普及，近年来我国在大部分公共场所都安装了视频监控设备，但这些监控系统本身的作用仅是录像，对视频数据的分析和异常行为的检测主要依靠人力在事后进行，因此进行的只能是事后查验处理。近年来计算机视觉技术的研究得到了飞速发展，制约其应用的计算机设备也在性能上得到极大提升，让人们距离利用计算机及相关设备替代人工实现智能化监控的目标越来越近。目前，具备简单人体行为识别功能的智能视频监控系列产品在市面上已经出现，尽管这些产品还只能分析比较简单的单一行为，但未来视频监控系统的发展趋势必将是智能化的监控系统，而基于视频的人体行为分析技术在该领域的应用也将是行为分析领域研究者的研究目标。智能监控系统主要应用于对安全要求较高的场合，及时发现和制止人的可疑行为。
　　2.2  人机交互
　　人与人之间的交流、交互主要通过语音和行为实现，虽然计算机语音识别技术发展迅速，但人与计算机的交互目前最主要的途径还是键盘和鼠标。计算机视觉技术的应用可以让计算机借助人的嘴唇动作、人脸表情、手势动作、躯干运动以及这些动作的合成测定了解人的意愿要求，从而执行指令，不仅增加了交互的临场感和方便性，也符合人类的交互习惯，让计算机系统能够真正理解人的行为是人机交互的最终目标，最终达到人与计算机交流像人与人的交流一样自然。
　　2.3  内容视频检索
　　传统的视频检索是基于文本进行的，检索局限性非常大。基于内容的视频检索是通过计算机技术分析视频的内容，如通过拳击、跳舞、射门等都包含复杂人体行为的事件来实现视频检索。另外，人样标本中不同的个体在行为模式上也各有特点，因此，要实现视频检索和身份认证，可以将人体的行为模式作为基本特征，该方法通过视频从较远的距离观察目标人体并采集到相关的特征数据，无需近距离对目标人体再进行标准化的采集。目前，基于行为模式的研究在步态识别等方面取得一定进展，虽然现阶段该研究还有待进一步深入，但作为一种辅助手段，在人员搜索等特殊应用方面，基于行为模式的身份认证方法可以发挥一定作用。
　　2.4  运动合成
　　基于计算机视觉技术的人体行为分析，在动漫制作、游戏制作、电影制作、虚拟现实等方面都有重要应用，大量动漫和游戏中虚拟人物的运动不是凭空制作出来的，都是通过采集真实人体运动数据后再进行合成。运动合成就是在采集分析人体基本行为数据的基础上确定人体在不同环境下运动的行为轨迹，如人体四肢在不同時刻的位置和肢体角度等，并将这些数据应用到计算机中的虛拟人物，从而使虚拟人物在运动表现形式上拥有逼真的效果。 　　3    基于視频的人体行为分析发展趋势
　　依据目前的研究现状，对视频中人体行为分析计算复杂度高的问题，一些能够实现行为搜索的快速算法陆续出现，同时，计算机硬件设备性能的快速发展也对提高人体行为搜索速度起到了非常大的帮助，尽管如此，行为搜索的计算速度还是远远不能达到或逼近实时。因此，研究高效的行为搜索算法依然是一个非常重要的研究内容。在未来基于视频的人体行为分析研究中，复杂场景下自然的人体行为分析将是一个重要发展方向。随着计算机视觉技术的发展以及计算机硬件设备的进步，基于视频的人体行为分析必将朝着更加智能、高效和自然的方向发展。
　　[参考文献]
　　[1]郭萍.基于视频的人体行为分析[D].北京：北京交通大学，2012.
　　[2]岳晓峰.计算机视觉技术及其在工业中应用的研究[D].长春：吉林大学，2006.
　　[3]冯斌.计算机视觉信息处理方法与水果分级检测技术研究[D].北京：中国农业大学，2002.
　　[4]赵晓霞.计算机视觉技术在农业中的应用[J].科技情报开发与经济，2004（4）：124-126.
　　Abstract：The research of computer vision technology has received wide attention all over the world. Computer vision technology has been widely used in industrial and agricultural production， social public safety， human-computer interaction， virtual reality and other fields. The application of computer vision technology not only brings great convenience to people’s production and life， but also has a great impact on the management of various industries and the entire society. In the future， video-based human behavior analysis research， natural human behavior analysis under complex scenes will be an important development direction. This paper analyzes it.
　　Key words：vision technology; behavior analysis; intelligent monitoring
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