專利名稱：基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的家庭智能圖像監(jiān)控方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理與圖像監(jiān)控領(lǐng)域，更確切的說(shuō)，涉及一種具有智能識(shí)別運(yùn)動(dòng)圖像、并實(shí)時(shí)傳輸圖像的監(jiān)控方法，涉及一種基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的家庭智能圖像監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
圖像采集設(shè)備是圖像監(jiān)控系統(tǒng)的“眼睛”，是本系統(tǒng)的重要組成部分之一。目前，大部分圖像采集設(shè)備使用圖像采集卡或者模擬攝像頭，通過(guò)同軸電纜進(jìn)行傳輸，使用BNC接口作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)接口，這種設(shè)備一般采集和傳輸速度都比較低，是圖像監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的瓶頸。
圖像監(jiān)控方法方面，目前一般采用的是如下三種方法1.直接把模擬圖像傳送到監(jiān)控室，由專職人員進(jìn)行封閉式監(jiān)控，這不僅侵犯了私人的隱私權(quán)，而且監(jiān)控效果也受專職人員的心情、疲勞程度影響。
2.把數(shù)字視頻全部通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式傳輸給用戶，視頻數(shù)據(jù)量十分龐大，對(duì)于普通的CIF傳輸，按每秒24幀的真彩圖像傳輸，壓縮比16∶1，則要求傳輸帶寬為352×288×24×8×3/16＝3.48Mbps(其中352×288為CIF傳輸分辨率，24為每秒傳輸率，8為傳輸單位由字節(jié)轉(zhuǎn)為位，3為真彩圖一個(gè)象素所占的字節(jié)數(shù))，這相當(dāng)占用網(wǎng)絡(luò)資源。
3.進(jìn)行簡(jiǎn)單的圖像處理，由于這類圖像監(jiān)控系統(tǒng)缺乏在光線濾除算法方面的考慮，運(yùn)動(dòng)圖像檢測(cè)效果容易受到天氣因素干擾，容易給不法分子抓住空檔。并且這類圖像監(jiān)控系統(tǒng)在圖像檢測(cè)方面只對(duì)圖像是否發(fā)生變化進(jìn)行判斷，而對(duì)于物體在圖像內(nèi)運(yùn)動(dòng)的情況沒(méi)有加以考慮，這容易造成當(dāng)運(yùn)動(dòng)對(duì)象出現(xiàn)時(shí)，不斷的給用戶發(fā)送圖片的洪峰現(xiàn)象，這容易引起網(wǎng)絡(luò)的擁塞，造成一定的浪費(fèi)。
另外，對(duì)于進(jìn)行簡(jiǎn)單圖像處理的監(jiān)控系統(tǒng)，目前采用的壓縮算法壓縮效率低，不僅壓縮后數(shù)據(jù)量龐大，而且壓縮速度慢、圖像細(xì)節(jié)部分損失，不能達(dá)到向用戶實(shí)時(shí)傳達(dá)精確信息的目的。
在網(wǎng)絡(luò)傳輸方面，當(dāng)前系統(tǒng)傾向于使用無(wú)線傳輸，但是無(wú)線傳輸速度慢，無(wú)線信號(hào)易受環(huán)境影響，甚至有時(shí)會(huì)失去信號(hào)，傳輸不可靠。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的家庭智能圖像監(jiān)控系統(tǒng)，提出解決實(shí)際問(wèn)題的方法，具體如下1.開(kāi)發(fā)底層接口使得本系統(tǒng)能夠使用USB設(shè)備作為圖像采集設(shè)備；2.提出濾除光線干擾方法；3.提出基于傅立葉變換時(shí)移特性的運(yùn)動(dòng)圖像檢測(cè)方法；4.開(kāi)發(fā)效率更高的壓縮算法；5.利用當(dāng)前Internet網(wǎng)絡(luò)比較方便的特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警；6.允許用戶通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)獲得家庭當(dāng)前情況的圖像。
為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的家庭智能圖像監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟(1)采集圖像數(shù)據(jù)，用USB攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)；(2)濾除光線干擾，對(duì)光線干擾進(jìn)行建模，將采集的圖像數(shù)據(jù)中的光線變化帶來(lái)的干擾濾除；(3)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)圖像，利用傅立葉變換的時(shí)移特性，智能化判斷圖像的內(nèi)容，分析圖像中是否出現(xiàn)新物體，而對(duì)圖像中原有物體的運(yùn)動(dòng)不予處理；(4)壓縮并發(fā)送圖像，對(duì)檢測(cè)到出現(xiàn)新物體的圖像進(jìn)行壓縮，并將壓縮的圖像文件發(fā)送給用戶。
本發(fā)明在以上所屬方法的基礎(chǔ)上，提供一種家庭智能圖像監(jiān)控的系統(tǒng)，其特征在于，包括USB攝像頭、PC機(jī)、網(wǎng)卡和ADSL MODEM；USB攝像頭、網(wǎng)卡和ADSL MODEM分別與PC機(jī)相連。
本發(fā)明具有如下技術(shù)效果價(jià)格低廉、智能化、實(shí)時(shí)監(jiān)控，主要應(yīng)用于家庭防盜、防火等場(chǎng)合，讓出外家庭住戶更專注于工作、娛樂(lè)和享受生活上。


圖1是本發(fā)明的基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的家庭智能圖像監(jiān)控方法框圖；圖2是本發(fā)明的光線干擾濾除方法流程圖；圖3是同一物體的傅立葉變換時(shí)移不變性示意圖；圖4是不同物體的傅立葉變換時(shí)移特性示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的家庭智能圖像監(jiān)控方法，其原理如圖1所示。本發(fā)明包括以下步驟一.采集圖像數(shù)據(jù)USB傳輸速率快、誤碼率低、自帶電，本發(fā)明利用它作為中間傳輸介質(zhì)，不僅提高了圖像采集速度，而且圖像采集設(shè)備可以借用PC機(jī)的電能，便于監(jiān)控系統(tǒng)隱藏在隱蔽處，常年無(wú)須拆卸更換電池。
本發(fā)明的特點(diǎn)還在于采用任一USB攝像頭作為圖像采集工具采集圖像數(shù)據(jù)，由于USB攝像頭廠家開(kāi)發(fā)的Windows流圖像設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序均有標(biāo)準(zhǔn)作為參考，分別為基于WDM的流傳輸驅(qū)動(dòng)程序標(biāo)準(zhǔn)和基于Windows視頻(Video forWindows，VFW)采集卡標(biāo)準(zhǔn)，基于以上標(biāo)準(zhǔn)，本系統(tǒng)使用微軟的DirectShow開(kāi)發(fā)包對(duì)不同廠家的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行封裝，最后留出一個(gè)對(duì)上層應(yīng)用程序唯一的接口，從而能夠兼容所有USB攝像頭。
二、濾除光線干擾光線、天氣變化會(huì)對(duì)整個(gè)圖像產(chǎn)生影響，變化均勻地分布于整個(gè)圖像區(qū)域，表現(xiàn)在對(duì)采集圖像的影響上則為對(duì)圖像各像素的灰度產(chǎn)生一定值的升高或者降低，當(dāng)這個(gè)值大到某個(gè)程度時(shí)，容易使系統(tǒng)產(chǎn)生誤報(bào)現(xiàn)象，影響圖像的檢測(cè)算法精確度。本發(fā)明就光線干擾的這一特點(diǎn)，對(duì)干擾源進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模，并從采集到的圖像中濾除該模型以達(dá)到去除干擾的效果。
通過(guò)USB攝像頭采集到圖像數(shù)據(jù)后，首先進(jìn)行濾除光線干擾，利用傅立葉變化滿足比例性和可加性的特點(diǎn)，以獲得光線自動(dòng)補(bǔ)償效果。下面闡述濾除光線干擾的方法。
可以認(rèn)為光線干擾大部分時(shí)間都是均勻作用于采集圖像的整個(gè)區(qū)域。假設(shè)l(m，n)為光線的空間域表達(dá)式(其中m為圖像的行，n為圖像的列)，則有
l(m，n)＝N(m，n＝任意值) (1)其中N根據(jù)光線的強(qiáng)弱取不同的值，下面將通過(guò)推導(dǎo)獲得該值，從而濾去其干擾。l(m，n)的傅立葉變換為 其中M＝320×240×N(320×240為圖像分辨率)。
本系統(tǒng)軟件運(yùn)行時(shí)，首先會(huì)確定背景圖，光線干擾濾除算法以此背景圖作為光線干擾零點(diǎn)，即系統(tǒng)認(rèn)為此點(diǎn)不受光線干擾，系統(tǒng)將以此圖像為基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行圖像光線干擾濾除操作。假設(shè)背景圖像第m行、第n列的像素值為B(m，n)，當(dāng)前獲取圖像第m行、第n列的像素值為C(m，n)，又上述假設(shè)光線干擾模型為l(m，n)，若C(m，n)為沒(méi)有發(fā)生重大變化的圖像，忽略因微風(fēng)等原因引起的微小變化，則有C(m，n)＝B(m，n)+l(m，n) (3)對(duì)該式進(jìn)行傅立葉變換，有DFS[C(m，n)]＝DFS[B(m，n)+l(m，n)]＝DFS[B(m，n)]+DFS[l(m，n)](4)＝DFS[B(m，n)]+L(j，k)將2式代入4式，有 則可得到M＝DFS[C(0，0)]-DFS[B(0，0)] (6)從而可以得到N=M320*240=DFS[C(0,0)]-DFS[B(0,0)]320*240----(7)]]>最后可以得到光線干擾模型如下l(m,n)=DFS[C(0,0)]-DFS[B(0,0)]320*240----(8)]]>根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，光線干擾引起的圖像灰度變化在15分鐘內(nèi)變化值＜1％，即在15分鐘內(nèi)光線模型不會(huì)發(fā)生變化，具體實(shí)現(xiàn)如程序流程圖2所示。
如圖2所示，光線干擾模型初始化為0，即l(m，n)＝0，而后每隔15分鐘進(jìn)行一次模型更新，若遇到更新時(shí)圖像為運(yùn)動(dòng)圖像，則程序再進(jìn)行一次圖像采集并檢測(cè)是否運(yùn)動(dòng)圖像，直到采集的圖像不為運(yùn)動(dòng)圖像，再進(jìn)行光線干擾模型更新操作。
三、檢測(cè)運(yùn)動(dòng)圖像一般情況下，用戶對(duì)圖像是否出現(xiàn)新物體感興趣，比如小偷的出現(xiàn)。在新物體出現(xiàn)后，用戶會(huì)采取相應(yīng)的處理措施，此時(shí)，物體在視野內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，則沒(méi)有必要進(jìn)行傳輸，一則用戶已經(jīng)采取了處理措施，對(duì)物體如何運(yùn)動(dòng)已經(jīng)不感興趣，二則物體的頻繁運(yùn)動(dòng)會(huì)形成龐大的數(shù)據(jù)量，容易造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞。如果外出用戶對(duì)物體在圖像內(nèi)的運(yùn)動(dòng)感興趣，可以通過(guò)Internet發(fā)送命令來(lái)查看家里的情況。
本發(fā)明利用傅立葉變換的時(shí)移特性，提出智能檢測(cè)運(yùn)動(dòng)圖像的方法，分析圖像中是否出現(xiàn)新物體，而對(duì)圖像內(nèi)物體的運(yùn)動(dòng)不予以處理，智能性優(yōu)于以往任何系統(tǒng)。
傅立葉變換的時(shí)移特性表現(xiàn)在圖像處理領(lǐng)域如圖3和圖4所示，假設(shè)圖3(a)為采集設(shè)備采集到的圖像，其中方塊表示某物體A，則其傅立葉變換的幅頻如圖3(b)所示；若將圖3(a)中的物體A平移到如圖3(c)所示，其傅立葉變換的幅頻如圖3(d)所示，不難發(fā)現(xiàn)圖3(b)和圖3(d)完全一致。而對(duì)于圖4所示，圖4(a)、圖4(b)與圖3(a)、圖3(b)相同，圖4(c)則為一新物體B，則其傅立葉變換如圖4(d)所示，比較圖4(b)和圖4(d)，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)物體發(fā)生變化時(shí)，傅立葉變換的幅頻將發(fā)生極大的變化。
根據(jù)上述特點(diǎn)，本方法首先對(duì)經(jīng)過(guò)濾除光線干擾后的圖像進(jìn)行傅立葉變換，并取其幅頻，然后對(duì)前后兩幅圖的幅頻進(jìn)行逐像素比較，由于傅立葉變換后的幅頻信息主要集中在圖像的中心，所以進(jìn)行比較時(shí)，對(duì)各像素取不同閾值，如信息比較集中的中心取較小閾值，而其他地方取較大閾值，遠(yuǎn)離中心的像素取最大的閾值，然后對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行加權(quán)，再跟總閾值進(jìn)行比較，以區(qū)分前后兩幅圖的變化情況。
四、壓縮圖像本發(fā)明采用基于離散余弦變換的JPEG方法，出于本系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性和壓縮比例的要求，再加上家庭監(jiān)視時(shí)背景的單一性，本系統(tǒng)在JPEG方法的量化環(huán)節(jié)上加以創(chuàng)新，使用特殊的量化值組合對(duì)圖像進(jìn)行壓縮。
五、傳輸圖像經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)圖像檢測(cè)和壓縮后的圖像，將通過(guò)EMAIL的方式，用網(wǎng)卡在局域網(wǎng)內(nèi)，或者用ADSL MODEM通過(guò)PSTN網(wǎng)絡(luò)，對(duì)家里出現(xiàn)的異常圖像文件采用ESMTP協(xié)議進(jìn)行編碼，并發(fā)送給用戶。外出用戶也可以采取主動(dòng)的形式來(lái)查看家里情況，通過(guò)Internet發(fā)送消息給家庭主機(jī)，主機(jī)收到信息后，先將圖形文件存于本地，后通過(guò)UDP協(xié)議把圖像通過(guò)文件的方式傳送給遠(yuǎn)方用戶，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢功能；并且EMAIL可以在用戶臨近區(qū)域有線收到后，通過(guò)WIFI等近距離無(wú)線局域網(wǎng)的方式傳輸?shù)接脩羯砩系腜DA等手持便利工具，實(shí)時(shí)通知用戶家里的情況變化。
上述實(shí)施例用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的家庭智能圖像監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟(1)采集圖像數(shù)據(jù)用USB攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)。(2)濾除光線干擾對(duì)光線干擾進(jìn)行建模，將采集的圖像數(shù)據(jù)中的光線變化帶來(lái)的干擾濾除。(3)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)圖像利用傅立葉變換的時(shí)移特性，智能化判斷圖像的內(nèi)容，分析圖像中是否出現(xiàn)新物體，而對(duì)圖像中原有物體的運(yùn)動(dòng)不予以處理。(4)壓縮并發(fā)送圖像對(duì)檢測(cè)到出現(xiàn)新物體的圖像進(jìn)行壓縮，并將壓縮的圖像文件發(fā)送給用戶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的家庭智能圖像監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟(1)中，可采用任一USB攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的家庭智能圖像監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟(4)中，以JPEG方式壓縮檢測(cè)到出現(xiàn)新物體的圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的家庭智能圖像監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟(4)中，以EMAIL的方式將壓縮的圖像文件發(fā)送給用戶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的家庭智能圖像監(jiān)控方法，其特征在于，用戶外出時(shí)，可以通過(guò)Internet訪問(wèn)家庭主機(jī)，獲得當(dāng)前家庭情況的圖像信息。
6.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述方法的基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的家庭智能圖像監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，它包括USB攝像頭、PC機(jī)、網(wǎng)卡和ADSL MODEM；USB攝像頭、網(wǎng)卡和ADSL MODEM分別與PC機(jī)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的家庭智能圖像監(jiān)控方法及系統(tǒng)，主要由USB攝像頭、PC機(jī)、網(wǎng)卡和ADSL MODEM組成。相比于以往監(jiān)控系統(tǒng)，本方法使用任一USB攝像頭作為圖像采集設(shè)備，并且它在PC機(jī)中對(duì)光線干擾進(jìn)行建模，在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)圖像檢測(cè)之前先濾除光線變化帶來(lái)的干擾，提高系統(tǒng)的兼容性和智能性。當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)對(duì)異常圖像以JPEG格式進(jìn)行壓縮、儲(chǔ)存，并由網(wǎng)卡或者ADSL MODEM通過(guò)EMAIL的方式通知用戶對(duì)異常進(jìn)行及時(shí)處理。另外，外出用戶可以通過(guò)客戶端對(duì)系統(tǒng)發(fā)送命令，主動(dòng)查看家庭的當(dāng)前情況。該發(fā)明具有價(jià)格低廉、智能、實(shí)時(shí)的優(yōu)良性能，主要應(yīng)用于家庭防盜、防火等場(chǎng)合，讓出外家庭住戶更專注于工作、娛樂(lè)和享受生活上。
文檔編號(hào)G06K9/00GK1588891SQ200410053309
公開(kāi)日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者王海清, 薛弼 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)