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自由立体显示技术在安全系统中的应用

通过自由立体显示技术，可让监看人员在不需配备其它辅助工具（如3D眼镜）的情况下，更真实、准确地判别监看事物或人物，此技术具备在安全系统中广泛应用的潜力。

黄小菲 北京康斯环讯计算机系统工程有限公司工程师

前言

通常人们在计算机领域中谈到的三维显示，严格地说，它是三维图像在平面上的投影，和人们生活中肉眼所见的三维图像有较大区别。由于这种三维图像的视觉来自一个平面图像的显示，导致所看到的图像“失真”。例如，边防和公安在查验身份证或者护照时，对照证件持有者时会发生难以判别的情况，也经常发生脸型等基本特征与证件照片相似的嫌疑人顺利通过查验而导致案件发生。其最大的问题在于正面平面头像难以表现面部鼻梁、额头、嘴唇、下巴以及脸颊的凸起程度，而侧面头像又难以表现面部所有特征，在安全系统中是重大的安全死角和隐患，即使采用综合生物识别技术（包括DNA识别技术），由于生物技术样本问题、识别技术本身的不唯一性和生物识别技术实际使用问题，目前还没有快速、简洁、可靠的识别方法。

而自由立体显示技术的应用将为安全系统领域带来新的技术革命，其标志着平面视频将向立体视频发展。这种显示和处理技术除了在视觉上更加真实、准确外，在警戒区立体设防、立体视频智能行为分析和立体面部智能识别都有非常广阔的应用前景。

其实，传统的立体显示技术已经存在多年，人们在观看立体电影时带上特殊的眼镜就可以欣赏到真实动感的立体电影。但是由于传统的立体显示技术需要带上特殊的眼镜，使用起来很不方便，给立体显示技术的推广带来一定的困难。而最新的自由立体显示技术使得人们可以不用带上眼镜观看立体电影了，同时这种显示技术可以很快地推广到安全系统领域里。

立体显示原理

最新开发出的自由立体显示器（如图1）是建立在人眼立体视觉原理上的新一代自由立体显示设备。它不需要借助于任何辅助设备(如3D眼镜)即可获得具有完整的带有纵深信息的三维图像。自由立体显示设备能够利用多通道自动立体显示技术提供逼真的3D影像。它根据视差原理，利用特定的掩模算法，将展示影像交互排列，然后在通过特定的视差屏障后，由两眼捕捉观察。视差屏障通过光栅阵列(即利用摩尔干涉条纹判别法精确安装在显示器液晶板平面上，同时需要针对每块液晶板的立体图像进行精确校准)采用数字技术准确控制每一个像素透过的光线，只让右眼或左眼看到，由于右眼和左眼观看液晶板的角度不同，利用这一角度差遮住光线就可将图像分配给右眼或左眼，经过大脑将这两幅有差别的图像合成为一幅具有空间深度和维度信息的图像，从而使您不需要任何助视设备(如戴上3D眼镜)即可看到3D图像。

换句话说，自由立体显示器完全依据人体眼睛获取的视觉效果，使得左眼和右眼获得完全不同的视频图像，这样两路有差异的图像在人的大脑中合成空间的立体图像，就像人们日常视觉效果一样，甚至可以获得所视物体的大致距离。如图2所示。

目前安全系统中视频智能行为分析中的问题

在前言中我们已经提到，当前安全系统仍然存在诸多问题，也即存在安全隐患：

·证件照片与证件持有人不完全对应问题：之所以存在证件照片与证件持有人不完全对应问题，是由于信息不完全造成的，因为面部特征是三维空间特征，而当前照片是二维特征（即将面部三维空间特征投影到二维平面），因此在三维特征向二维平面投影时将损失大量信息，从而导致证件照片与证件持有人不能一一对应；

·电视监控系统中嫌疑人图像与实际嫌疑人差异问题：当前电视监控系统的视频图像也是三维人体在二维平面上的投影，同证件照片与证件持有人不完全对应问题一样，在取证所用的视频图像作为取证的嫌疑人认定存在一定的难度；

·基于二维视频智能行为分析问题：目前正在兴起的视频智能行为分析几乎全部是基于二维平面的视频分析，基本按照六大典型视频行为分析（区域入侵检测、绊线检测、摄像头模糊检测、摄像头遮挡检测、摄像头移动检测和丢包检测）。以区域入侵检测为例，操作者在视频图像设定区域入侵检测范围，如图3。

安全系统中自由立体显示技术应用

自由立体显示技术在未来安全系统、军事系统、灾害预警系统中可以获得广泛的应用。在此，将介绍自由立体显示技术在安全系统中应用的简单情况。

目标距离的确定

目标距离的确定是立体视频智能行为分析的基础。自由立体显示通过两台或者多台摄像机图像的数学处理，可以得到目标到摄像机的距离参数D。

在得到目标距离D后就可以得到目标的高度和宽度。这可以大大降低由于物体遮挡摄像机导致的误报警，实现立体视频智能分析。如图4所示。

自由立体显示嵌入式硬盘录像机

采用自由立体显示技术的硬盘录像机，将实现同步立体视频监视、同步立体视频信息存储、同步立体视频图像回放和同步立体视频图像的传输等，这样在自由立体显示器上显示的是更贴近真实的现场立体视频图像，完全可以作为取证、分析，使得监控更具有现场立体效果和高清晰度。

传统的数字硬盘录像机采用不同的标准压缩格式（MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4或H.264）将每路视频分别独立压缩处理，用于远传、存储和回放。而基于自由立体显示技术的立体数字图像硬盘录像机，其每路立体视频至少需要占用两路视频，两路或多路视频的每帧必须完全同步，所采用的是专用双路或多路视频的立体摄像机。由于自由立体显示技术是全新的数字处理技术，有关图像压缩方式、传输和相关规约目前还没有形成国际标准。

需要说明的是采用自由立体显示技术对计算机处理能力、存储能力和网络传输能力提出了更高的要求，经过我们大致测算，每路立体视频所占用的资源大约是原有视频所占用资源的两倍以上；立体视频技术的开发难度较大，还需要考虑与现有平面视频显示技术的兼容问题，即系统既可以显示立体视频，又可以切换到平面的视频显示，避免重复投资和系统的单一性。

护照身份证立体头像照片显示

随着恐怖分子所掌握科技水平的不断提高，恐怖活动涉及面越来越广，甚至可能危害百姓的生命安全，我国的反恐系统被用户提出更高的要求。因此如何快速、简便、高效和可靠地识别证件持有者是否对应证件是极其关键的技术之一。由于立体头像特征为三维特征，除了表征头像的平面脸部特征外，对人脸部的凹凸特征也可清晰显示，因此可以实现快速、准确的鉴别。在海关、边防、宾馆、产权交易、购物、登记等如果配置带自由立体显示屏的身份证读卡器，就可以对比证件持有者立体头像特征。

立体头像照片显示技术是自由立体显示技术的最新应用。首先对证件持有人采用立体数码照相机进行拍照并按立体图片格式存储在数据库中（也可以存放在证件的IC卡中）。证件检查人员持有带自由立体显示的读卡器，当对证件进行读取时，读卡器可以从中心数据库中调出（也可从证件IC卡中调出）对应的立体头像照片，并在自由立体显示屏上显示。由于立体头像更加真实、清晰，在判别假证、假照、非法持有者与传统的身份证或者护照照片对比等工作中具有明显的优点，可大大减少工作中可能的失误。

在当前生物识别技术尚不能完全满足高等级安全系统需要的情况下，自由立体显示技术由于其直观、辨认迅速、便于普及和操作方便将大大提高安全系统的安全等级。

场景监视应用

自由立体显示技术在场景监视应用中也将得到广泛应用。场景监视的的终极目标就是追求现场的真实感，但在传统的场景监视中，包括神六的发射、战场监视系统、电视监控系统，这些都是采用平面显示技术，由于显示的是二维信息，其真实感差，没有空间布局特征。如果应用自由立体显示技术，在大场景安全系统监控、战场监视、城市灾害应急救援指挥将发挥更大的作用。如最近发生的5.12汶川大地震，如果采用自由立体显示技术对倒塌的房屋进行三维立体显示，那么房屋结构专家就可以实现远程会诊，为伤员抢救提供及时的技术支持。