專利名稱：視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的智能化目標(biāo)細(xì)節(jié)捕獲裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于視頻監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的智能化目標(biāo)細(xì)節(jié)捕獲裝置及方法。

背景技術(shù)：
目前，在視頻監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域中，多數(shù)視頻監(jiān)控錄像只能記錄監(jiān)控場景中目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)，卻不能提供清晰的目標(biāo)細(xì)節(jié)信息。這樣，使得視頻錄像的使用價(jià)值大大降低。目前提高目標(biāo)細(xì)節(jié)清晰度的方法主要有兩類一類方法是采用高質(zhì)量的成像設(shè)備來提高成像分辨率，或者通過在場景中設(shè)置多個攝像機(jī)來提供目標(biāo)細(xì)節(jié)的圖像信息，這類方法的缺點(diǎn)是增加了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的成本；另一類方法是采用帶有云臺攝像機(jī)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但目前這類方法都是通過手工調(diào)整的方式進(jìn)行工作的，缺點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)智能化，目標(biāo)細(xì)節(jié)圖像采集效率比較低。
因此，需要解決現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控范圍與具體目標(biāo)細(xì)節(jié)采集之間的矛盾，提供一種既能有效解決二者之間的矛盾，又不增加成本的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的智能化目標(biāo)細(xì)節(jié)捕獲裝置及方法，既能夠?qū)Υ髨鼍斑M(jìn)行監(jiān)控錄像，又能夠智能化、高效地捕獲進(jìn)入設(shè)定區(qū)域的目標(biāo)細(xì)節(jié)信息，解決了大場景監(jiān)控與目標(biāo)細(xì)節(jié)信息捕獲之間的矛盾，提高了監(jiān)控錄像的使用價(jià)值。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下 視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的智能化目標(biāo)細(xì)節(jié)捕獲裝置，用于捕獲監(jiān)控區(qū)域的全景圖像和設(shè)定區(qū)域的目標(biāo)細(xì)節(jié)圖像，該裝置由成像模塊1、輸入模塊2、處理模塊3、控制模塊4、存儲模塊5和傳輸模塊6組成；成像模塊1用于全景和目標(biāo)細(xì)節(jié)的成像，并輸出成像后的全景和目標(biāo)細(xì)節(jié)的視頻圖像；輸入模塊2連接于成像模塊1和處理模塊3之間，用于捕獲成像模塊1輸出的視頻圖像；處理模塊3連接于輸入模塊2和控制模塊4之間，用于處理由輸入模塊2捕獲的全景視頻圖像，并檢測設(shè)定區(qū)域中是否有目標(biāo)出現(xiàn)；控制模塊4連接于處理模塊3和成像模塊1之間，用于控制成像模塊1捕獲目標(biāo)細(xì)節(jié)的圖像；存儲模塊5和傳輸模塊6分別連接于輸入模塊2，存儲模塊5用于存儲所有捕獲的視頻圖像，傳輸模塊6用于傳輸視頻圖像至遠(yuǎn)程終端。
所述成像模塊1由一個或多個固定式攝像頭7和一個云臺攝像頭8組成，固定式攝像頭7與輸入模塊2連接，用于全景的成像，云臺攝像頭8與輸入模塊2和控制模塊4連接，用于目標(biāo)細(xì)節(jié)的成像。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的智能化目標(biāo)細(xì)節(jié)捕獲方法，包括如下步驟固定式攝像頭7對監(jiān)控區(qū)域的全景成像；輸入模塊2捕獲監(jiān)控區(qū)域的全景視頻圖像，并將圖像輸出給處理模塊3；處理模塊3利用滑動平均法建立背景模型，對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的設(shè)定區(qū)域進(jìn)行區(qū)域編號，并記錄云臺攝像頭8捕獲該對應(yīng)編號區(qū)域的位置參數(shù)和焦距參數(shù)；處理模塊3利用背景去除法提取運(yùn)動目標(biāo)；處理模塊3跟蹤與檢測運(yùn)動目標(biāo)，并判斷該運(yùn)動目標(biāo)是否進(jìn)入設(shè)定區(qū)域；若該運(yùn)動目標(biāo)沒有進(jìn)入設(shè)定區(qū)域，則繼續(xù)跟蹤該運(yùn)動目標(biāo)；若該運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)入設(shè)定區(qū)域，則輸出該設(shè)定區(qū)域的編號及控制參數(shù)給控制模塊4；控制模塊4根據(jù)接收到的設(shè)定區(qū)域的編號及控制參數(shù)，控制云臺攝像頭8轉(zhuǎn)動至處理模塊3預(yù)先記錄的對應(yīng)該區(qū)域的位置，并控制其調(diào)整自身的聚焦參數(shù)；云臺攝像頭8捕獲目標(biāo)細(xì)節(jié)的圖像；存儲模塊5和傳輸模塊6對捕獲的圖像進(jìn)行存儲和傳輸。
在所述的輸入模塊2捕獲監(jiān)控區(qū)域的全景視頻圖像，并將圖像輸出給處理模塊3的步驟之后，還包括存儲模塊5和傳輸模塊6對捕獲的圖像進(jìn)行存儲和傳輸?shù)牟襟E。
本發(fā)明的有益效果在于利用固定式攝像頭捕獲監(jiān)控區(qū)域的全景視頻圖像，利用控制模塊控制云臺攝像頭智能化、高效地捕獲設(shè)定區(qū)域的目標(biāo)細(xì)節(jié)視頻圖像，解決了監(jiān)控區(qū)域的全景監(jiān)控與設(shè)定區(qū)域的目標(biāo)細(xì)節(jié)捕獲之間的矛盾，提高了監(jiān)控錄像的使用價(jià)值。



圖1是本發(fā)明視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的智能化目標(biāo)細(xì)節(jié)捕獲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、成像模塊，2、輸入模塊，3、處理模塊，4、控制模塊，5、存儲模塊，6、傳輸模塊，7、固定式攝像頭，8、云臺攝像頭。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)地描述 如圖1所示，本發(fā)明的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的智能化目標(biāo)細(xì)節(jié)捕獲裝置由成像模塊1、輸入模塊2、處理模塊3、控制模塊4、存儲模塊5和傳輸模塊6組成，成像模塊1由一個或多個固定式攝像頭7和一個云臺攝像頭8組成。由一個或多個固定式攝像頭7負(fù)責(zé)全景的成像，云臺攝像頭8負(fù)責(zé)目標(biāo)細(xì)節(jié)的成像，通過輸入模塊2對輸入的視頻圖像進(jìn)行捕獲，由處理模塊3處理各固定攝像頭得到的圖像，檢測各設(shè)定區(qū)域中是否有目標(biāo)出現(xiàn)，通過控制模塊4控制云臺攝像頭8進(jìn)行目標(biāo)細(xì)節(jié)圖像的捕獲，存儲模塊5和傳輸模塊6控制所有采集圖像的存儲及傳輸。
本發(fā)明的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的智能化目標(biāo)細(xì)節(jié)捕獲方法的實(shí)現(xiàn)如下 一、成像模塊1由一個或多個固定式攝像頭7負(fù)責(zé)全景的成像，云臺攝像頭8的攝像頭方向、焦距可進(jìn)行調(diào)整，其負(fù)責(zé)目標(biāo)細(xì)節(jié)的成像。
二、輸入模塊2由視頻采集卡和采集程序組成，負(fù)責(zé)圖像的輸入及圖像格式的轉(zhuǎn)換。通過調(diào)用驅(qū)動程序的初始化函數(shù)對采集圖像的分辨率、圖像格式、采樣間隙等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置；調(diào)用采集函數(shù)完成對全部圖像的采集。
三、處理模塊3實(shí)現(xiàn)如下功能 1、通過鼠標(biāo)設(shè)置每個攝像頭采集場景中的設(shè)定區(qū)域并進(jìn)行區(qū)域的編號，同時，記錄下云臺攝像頭8捕獲對應(yīng)區(qū)域的位置參數(shù)及焦距參數(shù)。
通過滑動平均法建立背景模型，更新由于場景內(nèi)容變化或光照條件變化帶來的背景變化。
通過利用當(dāng)前幀減去背景模型的方法得到每個攝像頭采集圖像內(nèi)的運(yùn)動區(qū)域。
處理方法如下 通過背景去除法提取運(yùn)動目標(biāo)，其處理步驟如下 1)運(yùn)動區(qū)域的提取采用背景去除法提取運(yùn)動區(qū)域 其中，V(x，y，t)為變化區(qū)域二值圖像，I(x，y，t)為t時刻的輸入圖像，μ(x，y，t)為t時刻背景模型，T為閾值。
2)背景模型更新算法采用改進(jìn)的滑動平均法進(jìn)行背景更新，處理方法如下 μt＝Mμt-1+(1-M)(αIt+(1-α)μt-1) 其中，M為運(yùn)動區(qū)域模板，μt和μt-1為t時刻和t-1時刻的背景模型，α為更新率。
對運(yùn)動目標(biāo)檢測并進(jìn)行跟蹤，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)定區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)目標(biāo)，則將該區(qū)域的編號輸出給控制模塊。
視頻跟蹤處理，對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行跟蹤及運(yùn)動狀態(tài)的判斷，處理步驟如下 a)特征值計(jì)算，對于步驟1的1)操作后提取出的運(yùn)動目標(biāo)，計(jì)算其特征值，包括質(zhì)心、跟蹤窗口。
選擇質(zhì)心和跟蹤窗口大小作為特征值來跟蹤目標(biāo)。
首先是設(shè)定運(yùn)動目標(biāo)的跟蹤窗口，也就是用目標(biāo)的外接矩形作為跟蹤窗口。
L＝xmax-xmin W＝y(tǒng)max-ymin 其中，xmax，xmin分別為目標(biāo)水平方向的最大坐標(biāo)及最小坐標(biāo)，ymax，ymin分別為目標(biāo)垂直方向的最大坐標(biāo)及最小坐標(biāo)。
在各個跟蹤窗口標(biāo)記好以后，分別對該窗口中的目標(biāo)求其質(zhì)心，設(shè)輸入圖像為f(x，y)，如下式所示
f(x，y)為跟蹤窗口中運(yùn)動目標(biāo)圖像，可以計(jì)算出窗口的質(zhì)心，設(shè)目標(biāo)象素(x，y)∈S，則窗口的質(zhì)心坐標(biāo)為 b)利用卡爾曼濾波器建立系統(tǒng)的運(yùn)動模型，定義狀態(tài)向量，來預(yù)測下一幀中運(yùn)動目標(biāo)可能出現(xiàn)的位置。
本處理步驟采用卡爾曼濾波為系統(tǒng)建立運(yùn)動估計(jì)模型。利用卡爾曼濾波進(jìn)行運(yùn)動估計(jì)，可以減小噪聲干擾，縮小特征提取的搜索范圍，只需要檢測當(dāng)前跟蹤窗口，減小了計(jì)算量。
設(shè)模型中k+1時刻的狀態(tài)向量sk+1，由k時刻的向量sk的轉(zhuǎn)換函數(shù)和噪聲組成。而觀測向量由k+1時刻的向量sk+1的觀測函數(shù)和噪聲決定。
狀態(tài)方程如下 sk+1＝Ask+wk 量測方程 zk+1＝Csk+1+vk+1 式中，wk、vk+1為均值為零的正態(tài)白噪聲。
sk是狀態(tài)向量由一個八維向量構(gòu)成 式中，xk，yk分別為目標(biāo)質(zhì)心坐標(biāo)，


分別為質(zhì)心坐標(biāo)在x，y方向上的單位位移，Lxk，Lyk分別為跟蹤窗口在x，y方向上的寬度，


分別為跟蹤窗口寬度在x，y方向上的單位位移。
zk+1是觀測向量，由四維向量構(gòu)成。
由于采樣間隔很短，因此，可近似認(rèn)為運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動速度是恒定的，而且跟蹤窗口的大小變化不大，則狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣A為 觀測矩陣C為 c)特征匹配，定義目標(biāo)的相似函數(shù)，利用相對幀間目標(biāo)的變化，利用特征值計(jì)算相似函數(shù)值，判斷是否為同一跟蹤目標(biāo)。
首先定義第k幀的第i個目標(biāo)的質(zhì)心和第k+1幀的第j個目標(biāo)的質(zhì)心距離函數(shù) 式中面積差異函數(shù)，即用第k幀的第i個目標(biāo)的窗口面積和第k+1幀的第j個目標(biāo)的窗口面積相比較 式中 定義相似度函數(shù) Δ(i，j)＝γD(i，j)+ξA(i，j) 式中，γ，ξ為權(quán)值，并且滿足γ＞ξ，γ+ξ＝1，Δ(i，j)≤1。
如果D(i，j)越小，說明目標(biāo)越接近，而且A(i，j)越小，說明目標(biāo)形狀越相近，而且Δ(i，j)越小，說明這兩個目標(biāo)相似的可能性最大。設(shè)定相似函數(shù)的閾值TΔ作為是不是同一目標(biāo)的依據(jù)。
d)模型更新，更新運(yùn)動模型，作為下一運(yùn)動模型的卡爾曼濾波的輸入。
在尋找到相似函數(shù)最小值時，已經(jīng)找到同一目標(biāo)的后續(xù)，也就是說，第k+1幀的第j個目標(biāo)可以認(rèn)為是第k幀第i個目標(biāo)，即兩者是同一目標(biāo)。這時，用第k+1幀的第j個目標(biāo)的特征值，作為運(yùn)動模型估計(jì)下一幀的輸入，如此類推，完成模型的跟蹤。
2)當(dāng)檢測到運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)入設(shè)定區(qū)域后，則對設(shè)定區(qū)域的編號及控制參數(shù)進(jìn)行輸出。
四、控制模塊4的處理步驟如下 根據(jù)圖像處理模塊產(chǎn)生的區(qū)域編號，查找對應(yīng)的位置參數(shù)及焦距參數(shù)，通過控制端口輸出位置參數(shù)及焦距參數(shù)給云臺攝像頭的控制模塊。
其處理步驟如下 1、根據(jù)圖像處理模塊產(chǎn)生的區(qū)域編號，查找對應(yīng)的位置參數(shù)及焦距參數(shù)，通過控制端口輸出位置參數(shù)及焦距參數(shù)給云臺攝像頭的控制模塊。
2、通過通訊端口，如RS-232或USB，輸出控制命令，控制云臺攝像頭轉(zhuǎn)動至設(shè)定位置及攝像頭聚焦參數(shù)調(diào)整。
五、存儲模塊5將各固定攝像頭7及云臺攝像頭8采集的圖像經(jīng)過壓縮后存儲于硬盤，所采集的圖像可采用MPEG-1，MPEG-4，WAVELET，H.263等格式進(jìn)行壓縮存儲 六、傳輸模塊6可根據(jù)實(shí)際需要，將各攝像頭采集的圖像采用以太網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)程終端。
權(quán)利要求
1.視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的智能化目標(biāo)細(xì)節(jié)捕獲裝置，用于捕獲監(jiān)控區(qū)域的全景圖像和設(shè)定區(qū)域的目標(biāo)細(xì)節(jié)圖像，其特征在于，該裝置由成像模塊(1)、輸入模塊(2)、處理模塊(3)、控制模塊(4)、存儲模塊(5)和傳輸模塊(6)組成；成像模塊(1)用于全景和目標(biāo)細(xì)節(jié)的成像，并輸出成像后的全景和目標(biāo)細(xì)節(jié)的視頻圖像；輸入模塊(2)連接于成像模塊(1)和處理模塊(3)之間，用于捕獲成像模塊(1)輸出的視頻圖像；處理模塊(3)連接于輸入模塊(2)和控制模塊(4)之間，用于處理由輸入模塊(2)捕獲的全景視頻圖像，并檢測設(shè)定區(qū)域中是否有目標(biāo)出現(xiàn)；控制模塊(4)連接于處理模塊(3)和成像模塊(1)之間，用于控制成像模塊(1)捕獲目標(biāo)細(xì)節(jié)的圖像；存儲模塊(5)和傳輸模塊(6)分別連接于輸入模塊(2)，存儲模塊(5)用于存儲所有捕獲的視頻圖像，傳輸模塊(6)用于傳輸視頻圖像至遠(yuǎn)程終端。
2.如權(quán)利要求1所述的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的智能化目標(biāo)細(xì)節(jié)捕獲裝置，其特征在于，所述成像模塊(1)由一個或多個固定式攝像頭(7)和一個云臺攝像頭(8)組成，固定式攝像頭(7)與輸入模塊(2)連接，用于全景的成像，云臺攝像頭(8)與輸入模塊(2)和控制模塊(4)連接，用于目標(biāo)細(xì)節(jié)的成像。
3.視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的智能化目標(biāo)細(xì)節(jié)捕獲方法，其特征在于，該方法包括如下步驟
固定式攝像頭(7)對監(jiān)控區(qū)域的全景成像；
輸入模塊(2)捕獲監(jiān)控區(qū)域的全景視頻圖像，并將圖像輸出給處理模塊(3)；
處理模塊(3)利用滑動平均法建立背景模型，對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的設(shè)定區(qū)域進(jìn)行區(qū)域編號，并記錄云臺攝像頭(8)捕獲該對應(yīng)編號區(qū)域的位置參數(shù)和焦距參數(shù)；
處理模塊(3)利用背景去除法提取運(yùn)動目標(biāo)；
處理模塊(3)跟蹤與檢測運(yùn)動目標(biāo)，并判斷該運(yùn)動目標(biāo)是否進(jìn)入設(shè)定區(qū)域；
若該運(yùn)動目標(biāo)沒有進(jìn)入設(shè)定區(qū)域，則繼續(xù)跟蹤該運(yùn)動目標(biāo)；
若該運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)入設(shè)定區(qū)域，則輸出該設(shè)定區(qū)域的編號及控制參數(shù)給控制模塊(4)；
控制模塊(4)根據(jù)接收到的設(shè)定區(qū)域的編號及控制參數(shù)，控制云臺攝像頭(8)轉(zhuǎn)動至處理模塊(3)預(yù)先記錄的對應(yīng)該區(qū)域的位置，并控制其調(diào)整自身的聚焦參數(shù)；
云臺攝像頭(8)捕獲目標(biāo)細(xì)節(jié)的圖像；
存儲模塊(5)和傳輸模塊(6)對捕獲的圖像進(jìn)行存儲和傳輸。
4.如權(quán)利要求3所述的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的智能化目標(biāo)細(xì)節(jié)捕獲方法，其特征在于，在所述的輸入模塊(2)捕獲監(jiān)控區(qū)域的全景視頻圖像，并將圖像輸出給處理模塊(3)的步驟之后，還包括存儲模塊(5)和傳輸模塊(6)對捕獲的圖像進(jìn)行存儲和傳輸?shù)牟襟E。
全文摘要
本發(fā)明涉及視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化目標(biāo)細(xì)節(jié)捕獲裝置及方法，該裝置采用一或多個固定式攝像頭對監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行全局監(jiān)控，采用一個云臺攝像頭進(jìn)行設(shè)定區(qū)域內(nèi)目標(biāo)細(xì)節(jié)的捕獲。首先，通過處理模塊對固定式攝像頭捕獲的圖像提取區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動目標(biāo)；然后對分割后的運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行跟蹤及運(yùn)動狀態(tài)的判斷；若有目標(biāo)進(jìn)入設(shè)定區(qū)域，則可根據(jù)預(yù)設(shè)的該區(qū)域的方位參數(shù)及焦距參數(shù)，調(diào)整云臺攝像頭的方向及焦距，對該區(qū)域內(nèi)目標(biāo)進(jìn)行細(xì)節(jié)圖像的捕獲；同時，可以根據(jù)需要進(jìn)行圖像的存儲和遠(yuǎn)程傳輸。本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明是一種既兼顧大場面監(jiān)控，又能夠自動實(shí)現(xiàn)具體目標(biāo)細(xì)節(jié)捕獲的視頻監(jiān)控裝置及方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中監(jiān)控范圍與監(jiān)控目標(biāo)細(xì)節(jié)之間的矛盾。
文檔編號G06T7/20GK101106700SQ200710012370
公開日2008年1月16日 申請日期2007年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
發(fā)明者勝 畢, 沈小艷, 付先平 申請人:大連海事大學(xué)