專利名稱：監(jiān)控移動物體的系統(tǒng)及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種物體的跟蹤方法，特別涉及一種能跟蹤移動物體并能自動加以監(jiān)控的移動物體的監(jiān)控系統(tǒng)及其方法。
由于序列圖像包括了一系列的圖像，對這些圖像當中的目標物進行辨識成為影像處理的重點。而其應用上，可針對序列圖像中的目標進行實際分割、識別與跟蹤，而可應用在許多領域，例如自動監(jiān)視、體育報導、視頻壓縮、生產(chǎn)線監(jiān)控以及智能交通管理等。
此外，序列圖像處理技術當中的目標跟蹤技術也成為最新的視頻圖像壓縮標準MPEG-4當中的關鍵技術，其中，MPEG-4z正是使用目標跟蹤和分割技術，提供了基于內(nèi)容的圖像操作。因此，對這項技術進行深入的研究，開發(fā)其各項應用具有深遠的意義。
目前，已經(jīng)有許多目標識別與跟蹤算法，其中應用得較為廣泛的是基于圖像特征的模板匹配(pattern matching)與更新算法。這一算法主要是利用所提取的當前圖像特征和被跟蹤目標模板的特征，將兩者加以比對，所采用的特征通常是圖像的邊緣特征。進行目標模板與當前圖像之間的匹配，并在匹配的過程的中完成模板的更新工作。其中，基于Hausdorff距離的模板匹配方法是最近發(fā)展起來的一種效果較好的方法。但由于采用這種算法時，匹配過程中的搜索空間會隨著圖像大小和模板大小的增加而急劇增大，進而導致搜索所需的內(nèi)存與處理器等的計算機負荷大幅增加。此外，圖像特征的提取并不是一項簡單的工作，當圖像大小與模板大小增加時，即會導致搜索與跟蹤的效率降低，很難達到實際處理的要求。
所以，如何能在目標跟蹤上，能讓跟蹤的結果更加準確，并能實現(xiàn)自動跟蹤，且能提高跟蹤的效率，以上種種莫不成為研究者所亟待解決的研究課題。
依據(jù)本發(fā)明所公開的技術，本發(fā)明提供一種監(jiān)控移動物體的系統(tǒng)，運用多個監(jiān)視器對某個區(qū)域做監(jiān)視，每臺監(jiān)視器都有一個可監(jiān)視角與一個重復監(jiān)視角，重復監(jiān)視角定義出每兩臺監(jiān)視器之間的重復可視區(qū)，系統(tǒng)于監(jiān)視時通過控制多個監(jiān)視器以自動監(jiān)控一移動物體，此系統(tǒng)包括一存儲模塊，用以記錄拍攝到該移動物體的該監(jiān)視器所攝取的該移動物體的數(shù)個圖像序列，該存儲模塊并記錄有數(shù)個可監(jiān)視目標模板以做自動監(jiān)控的比對；一目標辨識模塊，用以分析該數(shù)個圖像序列并產(chǎn)生數(shù)個目標模板，當該數(shù)個目標模板符合該數(shù)個可監(jiān)視目標模板之一時，輸出一監(jiān)控目標指令；一速度計算單元，用以計算該目標物的移動速度并轉(zhuǎn)換為監(jiān)視中的該監(jiān)視器的移動角速度；一角度調(diào)整單元，依據(jù)該移動角速度計算得出調(diào)整監(jiān)視中的該監(jiān)視器的監(jiān)視角度，以傳送一調(diào)整角度信號；一切換單元，用以切換監(jiān)視狀態(tài)為一單一監(jiān)視器監(jiān)視狀態(tài)或雙監(jiān)視器監(jiān)視狀態(tài)；一控制單元，是于接收該監(jiān)控目標指令后，取出該存儲模塊中的該數(shù)個圖像序列并傳送至該速度計算單元以計算該移動角速度，并接收該調(diào)整角度信號以傳送至監(jiān)視中的該監(jiān)視器，并控制該切換單元以變更監(jiān)視狀態(tài)；及一連接單元，用以連接該存儲模塊、該目標辨識模塊、該速度計算單元、該角度調(diào)整單元、該切換單元與該控制單元。
依據(jù)本發(fā)明的監(jiān)控移動物體的系統(tǒng)，本發(fā)明更提供一種移動物體的監(jiān)控方法，包括下列步驟設定數(shù)個可監(jiān)視目標模板；當該移動物體出現(xiàn)，由監(jiān)視中的該監(jiān)視器提取該移動物體的圖像序列；依據(jù)該移動物體的圖像序列產(chǎn)生一辨識模板；比對該辨識模板與該數(shù)個可監(jiān)視目標模板，并依一相似度決定該移動物體為一可監(jiān)視物體；對該可監(jiān)視物體產(chǎn)生一目標模板與一新目標模板；依據(jù)該目標模板與該心目標模板計算該可監(jiān)視物體的移動速度；依據(jù)該移動速度調(diào)整監(jiān)視中的該監(jiān)視器的監(jiān)視角度；當監(jiān)視中的該監(jiān)視器的監(jiān)視角度由該可監(jiān)視角轉(zhuǎn)至該重復監(jiān)視角，切換監(jiān)視中的監(jiān)視器為兩臺監(jiān)視器；及，當監(jiān)視中的該兩臺監(jiān)視器之一的監(jiān)視角度超出該重復監(jiān)視角，另一臺的監(jiān)視角度由該重復監(jiān)視角轉(zhuǎn)至該可監(jiān)視角，切換監(jiān)視中的監(jiān)視器為一臺監(jiān)視器。
有關本發(fā)明配合附圖及最佳實施例詳細說明如下。
每臺監(jiān)視器都可以做旋轉(zhuǎn)的動作，也就是，將監(jiān)視焦點轉(zhuǎn)移。所以，每臺監(jiān)視器都有其監(jiān)視范圍。一般來講，要達到全方位的監(jiān)視，就必須要有多臺的監(jiān)視器交叉運用，以避免死角的問題。
所以，如

圖1所示，當移動物體60從第一監(jiān)視器30往第二監(jiān)視器40的方向移動時，監(jiān)控系統(tǒng)20即依據(jù)第一監(jiān)視器30所攝取的影像來判斷物體的移動，并依據(jù)移動物體60的移動速度來下達第一監(jiān)視器30的旋轉(zhuǎn)角度；一旦移動物體60到達了第一監(jiān)視器30的可視范圍的界限時，也即，此時應到達了第二監(jiān)視器40的可視界限，此處為第一監(jiān)視器30與第二監(jiān)視器40的交叉監(jiān)視范圍，監(jiān)控系統(tǒng)20即將監(jiān)視的任務共同賦予第一監(jiān)視器30與第二監(jiān)視器40并同時調(diào)整第二監(jiān)視器40的監(jiān)視角度。如此，一旦移動物體60超出第一監(jiān)視器30的監(jiān)視范圍，第二監(jiān)視器40仍然可以持續(xù)監(jiān)視，并接受監(jiān)控系統(tǒng)20的監(jiān)控命令，其控制方法與第一監(jiān)視器30的控制方法相同。
所以，在監(jiān)視器的裝設上，可以定義出監(jiān)視器的監(jiān)視角度為可監(jiān)視角與重復監(jiān)視角，此兩個角度加起來即為監(jiān)視器的視角。其中，重復監(jiān)視角即為上述的兩臺監(jiān)視器的重復可監(jiān)視區(qū)的范圍；而可監(jiān)視角則為監(jiān)視器的視角當中除了重復監(jiān)視角之外的區(qū)域。一旦物體進入重復監(jiān)視區(qū)，其必然落入多臺監(jiān)視器當中的兩臺監(jiān)視器的共同可監(jiān)視范圍。
通過如此的監(jiān)控方式，將可持續(xù)監(jiān)控監(jiān)視系統(tǒng)于可監(jiān)視范圍當中的移動物體，并且可以解決掉死角的問題。
圖1的監(jiān)控系統(tǒng)20，其具體的功能方塊圖，請參考圖2，其包括了控制單元21、存儲模塊22、目標辨識模塊23、速度計算單元24、角度調(diào)整單元25、切換單元26、連接單元27與警示單元28。
一開始，只要任何一個監(jiān)視器所監(jiān)視的影像有所變動，即可能有目標物出現(xiàn)。此時，監(jiān)控系統(tǒng)20即開始依據(jù)監(jiān)視器所傳送的數(shù)據(jù)來自動進行判斷與監(jiān)視。以下，將實際說明監(jiān)控系統(tǒng)20中的每個組件的用途以及功能。
首先，存儲模塊22當中記錄了一些基本的可監(jiān)控的目標模板，并且，存儲模塊22也隨時記錄新的須監(jiān)控的目標模板。目標辨識模塊23則負責接收各個監(jiān)視器所傳來的影像數(shù)據(jù)，并進行目標模板的比對工作，以辨識出目標影像，并形成新的目標模板。目標辨識模塊平時即不斷地做模板的產(chǎn)生與比對的工作，只要監(jiān)視器所拍攝到的影像符合存儲模塊22中的可監(jiān)控目標模板，目標辨識模塊23即送出一監(jiān)控命令至控制單元21，系統(tǒng)開始監(jiān)控。同時，控制單元21即送出一警示信號至警示單元28，警告操作人員系統(tǒng)已開始進行監(jiān)控。
速度計算單元24則依據(jù)監(jiān)視器所傳送來的影像序列，依據(jù)影像的位移來計算移動物體的角速度。角度調(diào)整單元25則依據(jù)速度計算單元24所計算的移動物體的角速度，來調(diào)整監(jiān)視器的監(jiān)視角度，讓監(jiān)視器能將焦點擺在移動物體。切換單元26則用以切換不同的監(jiān)視器，如上述的一個監(jiān)視器，或兩個監(jiān)視器，或切換到下一個監(jiān)視器以持續(xù)監(jiān)視移動物體。連接單元27則用來連接各個其它單元以及各個外接的監(jiān)視器。
至于控制單元21，其負責進行整個控制信號的傳送以及程序。當目標辨識模塊23判斷有目標物出現(xiàn)時，即傳送目標出現(xiàn)信號至控制單元21，控制單元21便控制存儲模塊22持續(xù)儲存目標影像數(shù)據(jù)。接著，控制單元21便將記錄于存儲模塊22當中的目標影像數(shù)據(jù)序列，送至速度計算單元24當中以計算出目標物的移動速度，并轉(zhuǎn)換為角速度。速度計算單元24則將計算的角速度傳至角度調(diào)整單元25，角度調(diào)整單元25則依據(jù)各個監(jiān)視器的角度狀態(tài)數(shù)據(jù)來計算監(jiān)視器所需調(diào)整的監(jiān)視角度，控制單元21即依此來調(diào)整監(jiān)視器角度以持續(xù)鎖定目標。而上述的傳遞信號，都通過連接單元27來達成。
接著，如果監(jiān)視器所監(jiān)視的目標物，也即，移動物體到達監(jiān)視器可旋轉(zhuǎn)角度的界限，此時，另一個監(jiān)視器應可視該個目標物，控制單元21即控制切換單元26進行監(jiān)視器監(jiān)控的切換。其中，切換的模式可為單一監(jiān)視器監(jiān)視或雙監(jiān)視器監(jiān)視。雙監(jiān)視器監(jiān)視是在兩個監(jiān)視器都同時可視目標物的狀況下進行，如果目標物的影像只出現(xiàn)在單一一個監(jiān)視器，此時即為單一監(jiān)視器監(jiān)視，控制單元21即控制一臺監(jiān)視器即可。
接下來，再介紹本發(fā)明對移動物體監(jiān)控的流程圖，請參考圖3，其包括了下列步驟設定可監(jiān)視目標模板(步驟110)、提取圖像序列(步驟120)、產(chǎn)生辨識模板(步驟130)、為可監(jiān)視目標(步驟140)、產(chǎn)生目標模板與新目標模板(步驟150)、目標模板移動(步驟160)、計算目標速度(步驟170)、調(diào)整監(jiān)視角度(步驟180)、超出監(jiān)視范圍(步驟190)以及切換監(jiān)視器(步驟200)。
事實上，可發(fā)現(xiàn)此一流程為單一監(jiān)視器的監(jiān)控流程，也可作為雙監(jiān)視器的監(jiān)控流程。監(jiān)視器平常就會攝取影像信息，什么時候開始做監(jiān)控的動作即成為重點。本發(fā)明通過事先儲存于圖2存儲模塊22當中的可監(jiān)控目標模板，如人物、車等等，作為判定是否為可監(jiān)視目標的依據(jù)，此即步驟110。只要監(jiān)視器所攝取的影像有所變動，系統(tǒng)即開始進行攝取影像，此即步驟120，所攝取的影像是以圖像序列的方式來儲存。攝取影像的同時，即可產(chǎn)生辨識模板(步驟130)。一旦此一辨識模板符合可監(jiān)控目標模板的設定，也即步驟140，系統(tǒng)即可自動監(jiān)控與自動調(diào)整各個監(jiān)視器的監(jiān)視角度。其中，此符合度可以模板的形狀來判定，只要符合一定的相似度，即可判定為可監(jiān)視目標。相似度可以在70％--100％之間。一旦不是可監(jiān)視目標，則不做監(jiān)控的動作。
只要判定為可監(jiān)視目標，則開始進行目標監(jiān)控的動作。通過不斷提取的圖像序列，即可產(chǎn)生目標模板與新目標模板(步驟150)。由于目標模板與新目標模板可能隨著目標的移動而有所不同，因此，依據(jù)目標模板與新目標模板于圖像當中的位置差異，即可計算出目標的移動與否，此即步驟160據(jù)以判斷目標模板移動與否的標準。
一旦判斷出目標移動，則可進行下一步驟，也即，計算目標速度(步驟170)，并計算出目標相對于監(jiān)視器的角速度。如果判斷出來目標并未移動，則持續(xù)進行目標模板與新目標模板的比對工作，也即，回到步驟150。接著，即可依據(jù)此一角速度來調(diào)整監(jiān)視角度(步驟180)，以讓監(jiān)視器能持續(xù)面對目標物。由于監(jiān)視器本身都有其監(jiān)視角度，所以，通過監(jiān)視器本身的監(jiān)視角度可以判定一定的監(jiān)視范圍，一旦目標物超出監(jiān)視范圍(步驟190)，立即切換監(jiān)視器(步驟200)。不過，此處的監(jiān)視范圍事實上在一定的安全限度之內(nèi)，也即，額定的監(jiān)視范圍在可監(jiān)視范圍之內(nèi)，當切換監(jiān)視器時，表示另一個監(jiān)視器也可同時監(jiān)控。所以，步驟200代表同時有兩個監(jiān)視器監(jiān)視的狀態(tài)。
目標物超出監(jiān)視范圍與否，其判定方法如上述的監(jiān)控系統(tǒng)所言。只要物體從可監(jiān)視角的區(qū)域往重復監(jiān)視角的區(qū)域移動，換句話說，監(jiān)視器的移動為從可監(jiān)視角的角度調(diào)整至重復監(jiān)視角的角度時，即代表了超出監(jiān)視范圍，此時即須控制另一臺監(jiān)視器調(diào)整至移動物體出現(xiàn)的范圍。也即，調(diào)整為同時有兩個監(jiān)視器監(jiān)視移動物體。
此外，在步驟140時，若確定為可監(jiān)視目標時，也可增加一個發(fā)出警示信號的步驟，以警示系統(tǒng)操作人員。
綜上所述，本發(fā)明可通過監(jiān)控系統(tǒng)的運作，自動判定目標并對目標加以監(jiān)控，而不需人力的運用。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，然其并非用于限定本發(fā)明，任何本領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作一些等效變化和變動，因此本發(fā)明的保護范圍以權利要求為準。
權利要求
1.一種監(jiān)控移動物體的系統(tǒng)，運用數(shù)個監(jiān)視器對一區(qū)域加以監(jiān)視，其中每臺監(jiān)視器均有一可監(jiān)視角與一重復監(jiān)視角，該重復監(jiān)視角定義每兩臺監(jiān)視器之間的一重復可視區(qū)，該系統(tǒng)于監(jiān)視時系通過控制該數(shù)個監(jiān)視器以自動監(jiān)控一移動物體，其特征在于，該系統(tǒng)包括一存儲模塊，用以記錄拍攝到該移動物體的該監(jiān)視器所攝取的該移動物體的數(shù)個圖像序列，該存儲模塊并記錄有數(shù)個可監(jiān)視目標模板以做自動監(jiān)控的比對；一目標辨識模塊，用以分析該數(shù)個圖像序列并產(chǎn)生數(shù)個目標模板，當該數(shù)個目標模板符合該數(shù)個可監(jiān)視目標模板之一時，輸出一監(jiān)控目標指令；一速度計算單元，用以計算該目標物的移動速度并轉(zhuǎn)換為監(jiān)視中的該監(jiān)視器的移動角速度；一角度調(diào)整單元，依據(jù)該移動角速度計算得出調(diào)整監(jiān)視中的該監(jiān)視器的監(jiān)視角度，以傳送一調(diào)整角度信號；一切換單元，用以切換監(jiān)視狀態(tài)為一單一監(jiān)視器監(jiān)視狀態(tài)或雙監(jiān)視器監(jiān)視狀態(tài)；一控制單元，于接收該監(jiān)控目標指令后，取出該存儲模塊中的該數(shù)個圖像序列并傳送至該速度計算單元以計算該移動角速度，并接收該調(diào)整角度信號以傳送至監(jiān)視中的該監(jiān)視器，并控制該切換單元以變更監(jiān)視狀態(tài)；及一連接單元，用以連接該存儲模塊、該目標辨識模塊、該速度計算單元、該角度調(diào)整單元、該切換單元與該控制單元。
2.如權利要求1所述的監(jiān)控移動物體的系統(tǒng)，具特征在于，還包括一警示單元，與該連接單元相連接，并于該系統(tǒng)開始監(jiān)控該移動物體時發(fā)出一警示信號。
3.如權利要求1所述的監(jiān)控移動物體的系統(tǒng)，其特征在于，該目標辨識模塊比對該數(shù)個目標模板與該可監(jiān)視目標模板的形狀，當?shù)竭_一相似度時，發(fā)出一監(jiān)控命令。
4.如權利要求3所述的監(jiān)控移動物體的系統(tǒng)，其特征在于，該相似度為百分之七十至百分之一百。
5.如權利要求1所述的監(jiān)控移動物體的系統(tǒng)，其特征在于，當監(jiān)視中的該監(jiān)視器的監(jiān)視角度位于該可監(jiān)視角范圍內(nèi)，則該切換單元切換為該單一監(jiān)視器監(jiān)視狀態(tài)。
6.如權利要求1所述的監(jiān)控移動物體的系統(tǒng)，其特征在于，當監(jiān)視中的該監(jiān)視器的監(jiān)視角度位于該重復可視區(qū)時，則該切換單元切換為雙監(jiān)視器監(jiān)視狀態(tài)。
7.如權利要求1所述的監(jiān)控移動物體的系統(tǒng)，其特征在于，于該雙監(jiān)視器監(jiān)視狀態(tài)時，該控制單元接收該監(jiān)視中的雙監(jiān)視器所傳送的該移動物體的影像數(shù)據(jù)，并傳送至該速度計算單元以計算出該移動物體的移動速度以傳送至該角度調(diào)整單元計算得出兩組調(diào)整角度，以同時調(diào)整該雙監(jiān)視器。
8.一種監(jiān)控移動物體的方法，運用數(shù)個監(jiān)視器對一區(qū)域加以監(jiān)視，其中每臺監(jiān)視器均有一可監(jiān)視角與一重復監(jiān)視角，該重復監(jiān)視角定義每兩臺監(jiān)視器之間的一重復可視區(qū)，該方法通過控制該數(shù)個監(jiān)視器以自動監(jiān)控一移動物體，其特征在于，包括下列步驟設定數(shù)個可監(jiān)視目標模板；當該移動物體出現(xiàn)，由監(jiān)視中的該監(jiān)視器提取該移動物體的圖像序列；依據(jù)該移動物體的圖像序列產(chǎn)生一辨識模板；比對該辨識模板與該數(shù)個可監(jiān)視目標模板，并依一相似度決定該移動物體為一可監(jiān)視物體；對該可監(jiān)視物體產(chǎn)生一目標模板與一新目標模板；依據(jù)該目標模板與該心目標模板計算該可監(jiān)視物體的移動速度；依據(jù)該移動速度調(diào)整監(jiān)視中的該監(jiān)視器的監(jiān)視角度；當監(jiān)視中的該監(jiān)視器的監(jiān)視角度由該可監(jiān)視角轉(zhuǎn)至該重復監(jiān)視角，切換監(jiān)視中的監(jiān)視器為兩臺監(jiān)視器；及當監(jiān)視中的該兩臺監(jiān)視器之一的監(jiān)視角度超出該重復監(jiān)視角，另一臺的監(jiān)視角度由該重復監(jiān)視角轉(zhuǎn)至該可監(jiān)視角，切換監(jiān)視中的監(jiān)視器為一臺監(jiān)視器。
9.如權利要求8所述的監(jiān)控移動物體的方法，其特征在于，該相似度依據(jù)該移動物體模板與該數(shù)個可監(jiān)視模板的形狀加以比對而得。
10.如權利要求8所述的監(jiān)控移動物體的方法，其特征在于，該相似度為百分之七十至百分之一百。
11.如權利要求8所述的監(jiān)控移動物體的方法，其特征在于，于該決定該可監(jiān)視物體的步驟后，還包括一發(fā)送一警示信號的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種監(jiān)控移動物體的系統(tǒng)及其方法，一旦物體出現(xiàn)時，系統(tǒng)會先自動判定是否為須監(jiān)視的物體，如果是，則系統(tǒng)開始持續(xù)監(jiān)控物體；通過控制多臺監(jiān)視器的方式，并將監(jiān)視器當中的可監(jiān)視角與重復監(jiān)視角加以區(qū)別；平時，若物體在監(jiān)視器的可監(jiān)視角范圍中，則控制一臺監(jiān)視器監(jiān)控物體；一旦物體從可監(jiān)視角轉(zhuǎn)至重復監(jiān)視角，則同時控制兩臺監(jiān)視器以監(jiān)視物體。
文檔編號G06F17/00GK1477548SQ0214183
公開日2004年2月25日 申請日期2002年8月23日 優(yōu)先權日2002年8月23日
發(fā)明者邱成全, 王旭東 申請人:英業(yè)達股份有限公司