基于多球機(jī)聯(lián)動結(jié)構(gòu)的視頻運(yùn)動目標(biāo)監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的基于多球機(jī)聯(lián)動結(jié)構(gòu)的視頻運(yùn)動目標(biāo)監(jiān)控方法，采用多攝像頭聯(lián)動結(jié)構(gòu)，一個固定的攝像頭完成全景監(jiān)控的任務(wù)，對進(jìn)入監(jiān)視區(qū)域的目標(biāo)進(jìn)行識別，確定出目標(biāo)的位置和運(yùn)行速度和方向。然后，當(dāng)有目標(biāo)經(jīng)過用戶所設(shè)邊界或者進(jìn)入用戶所設(shè)區(qū)域時，全景監(jiān)視攝像頭完成對入侵目標(biāo)的進(jìn)入位置、運(yùn)動軌跡及速度的進(jìn)行檢測，并將轉(zhuǎn)換成控制信息發(fā)送給架設(shè)特寫跟蹤攝像頭的云臺，驅(qū)動多個架設(shè)在監(jiān)控場景不同角度，并且有兩個自由度的可旋轉(zhuǎn)云臺上的攝像頭，自動調(diào)整攝像頭分辨率，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，保證所拍攝視頻畫面中的目標(biāo)物足夠清晰以供用戶辨認(rèn)，完成對所鎖定目標(biāo)的特寫跟蹤。
【專利說明】基于多球機(jī)聯(lián)動結(jié)構(gòu)的視頻運(yùn)動目標(biāo)監(jiān)控方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能監(jiān)控及視頻圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種視頻目標(biāo)監(jiān)控的方法， 具體涉及一種基于多球機(jī)聯(lián)動結(jié)構(gòu)的視頻運(yùn)動目標(biāo)監(jiān)控方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為安全保障的一種先進(jìn)手段，目前已經(jīng)得到了極為廣泛的應(yīng)用。 從社區(qū)的智能化樓宇管理，到銀行、火車站、機(jī)場等單位的安全監(jiān)控，視頻監(jiān)控系統(tǒng)為防范 各類犯罪事件的發(fā)生起到了積極的作用。
[0003] 然而，目前所使用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通常只能簡單的將監(jiān)視區(qū)域的視頻畫面不做 任何處理的直接保存到硬盤上。如果有突發(fā)事件發(fā)生，則從硬盤中調(diào)出視頻資料，進(jìn)行分析 與觀察。
[0004] 但很多情況下，由于視頻分辨率和攝像頭監(jiān)控角度的限制，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事件時，往 往會因?yàn)槟繕?biāo)物不在熱點(diǎn)區(qū)域、角度問題造成無法看清目標(biāo)人物的正臉或分辨率太低而導(dǎo) 致人們無法清晰識別所關(guān)心的目標(biāo)。給偵破帶來很大的困難，失去了視頻監(jiān)視真正的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種基于多球機(jī)聯(lián)動結(jié)構(gòu)的視頻運(yùn)動目標(biāo)監(jiān)控方法，解決了 現(xiàn)有監(jiān)控方法只能簡單的將監(jiān)視區(qū)域的視頻畫面不做任何處理的直接保存到硬盤上，監(jiān)控 的利用率和準(zhǔn)確度較低的問題。不僅可以對監(jiān)控畫面進(jìn)行全景監(jiān)視，還可以根據(jù)用戶需要， 針對進(jìn)入熱點(diǎn)區(qū)域或者邊界的目標(biāo)進(jìn)行不同角度、全方位的特寫跟蹤。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，基于多球機(jī)聯(lián)動結(jié)構(gòu)的視頻運(yùn)動目標(biāo)監(jiān)控方法，具 體按照以下步驟實(shí)施：
[0007] 步驟1 :采用一個全景監(jiān)控攝像頭和多個設(shè)置在不同位置的云臺特寫跟蹤攝像 頭，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全景監(jiān)控攝像頭和特寫跟蹤攝像頭之間的聯(lián)動，即建立場景畫面中的 每個點(diǎn)分別在多個特寫攝像頭和一個全景攝像頭所拍攝的視頻畫面中的位置對應(yīng)關(guān)系，根 據(jù)全景攝像頭中目標(biāo)的位置來確定特寫攝像頭的朝向；
[0008] 步驟2 :利用全景監(jiān)控攝像頭對監(jiān)視區(qū)域的目標(biāo)進(jìn)行行為檢測，即運(yùn)用圖像及視 頻處理的方法將運(yùn)動目標(biāo)與場景的背景區(qū)別分離，獲得入侵目標(biāo)的所在位置、運(yùn)動方向和 速度的信息；
[0009] 步驟3 :對步驟2檢測到的目標(biāo)，在視頻的幀與幀之間運(yùn)用模板匹配的方法對運(yùn)動 目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，獲得目標(biāo)的運(yùn)動軌跡信息；
[0010] 步驟4:當(dāng)跟蹤目標(biāo)經(jīng)過用戶所設(shè)界限或者進(jìn)入用戶所設(shè)區(qū)域時，全景監(jiān)控攝像 頭將獲得的目標(biāo)運(yùn)動軌跡信息通過步驟1建立的聯(lián)動關(guān)系傳輸給所有特寫跟蹤攝像頭，通 過控制云臺的轉(zhuǎn)動帶動各個特寫跟蹤攝像頭轉(zhuǎn)動，進(jìn)行目標(biāo)跟蹤；
[0011] 步驟5 :控制各個特寫跟蹤攝像頭焦距的縮放來拉近目標(biāo)，對得到的鎖定在監(jiān)控 畫面中的目標(biāo)進(jìn)行不同角度特寫拍攝，將拍攝圖像存儲于數(shù)據(jù)庫中。
[0012] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0013] 其中的步驟1中利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全景監(jiān)控攝像頭和特寫跟蹤攝像頭之間的聯(lián)動， 具體按照以下步驟實(shí)施：
[0014] 首先，從槍機(jī)相機(jī)所采集到的視頻畫面Fjx, y), X = 1，2, . . .，m ;y = 1，2, . . .，η 上，用戶拖動鼠標(biāo)，選取一個明顯的特征點(diǎn)，用戶選取的特征點(diǎn)的坐標(biāo)為（Xl，yi)，設(shè)一個槍 機(jī)配備有 N 個球機(jī)，分別用 Fi (X，y)，X = 1，2,. . .，m ;y = 1，2,. . .，n，i = 1，2,. . .，N 表示；
[0015] 之后，對這N個球機(jī)依次分別將球機(jī)倍率放大至最大，設(shè)這時的最大的放大倍率 為Ki，i = 1，2,. . .，N ;球機(jī)的中心點(diǎn)Fi (X。，yQ)，i = 1，2,. . .，N正好和該特征點(diǎn)重合，即：
[0016] Fi (x〇, y〇) = F〇 (x1； , i = 1, 2, . . . , N (1)
[0017] 這樣完成一組標(biāo)定，完成好若干組標(biāo)定后，就完成了全景和球機(jī)的坐標(biāo)映射標(biāo) 定；
[0018] 其次，完成標(biāo)定后，建立 N 個球機(jī) Fi (X，y), X = 1，2, · · ·，m ;y = 1，2, · · ·，n，i = 1，2,. . .，N 與槍機(jī) FQ(x, y), x = 1，2,. . .，m ;y = 1，2,. . .，n 之間的映射關(guān)系如下：
[0019] Fi (X，y) = F0 (int (x/隊(duì)）+ Δ X，int (y/隊(duì)）+ Δ y)，i = 1，2, · · ·，N, x = 1，2, · · ·，m ;y =1，2, · · ·，n (2)其中，Δ x = χ〇-Χι，Δ y = y〇-yi ;
[0020] 最后，當(dāng)用戶在全景畫面中拉框放大，根據(jù)公式（2)給出的映射關(guān)系，發(fā)送球機(jī)轉(zhuǎn) 動指令和倍率I，i = 1，2, . . .，N指令至球機(jī)。
[0021] 其中的步驟2具體按照以下步驟實(shí)施：
[0022] 先對前幾幀圖像的每一個象素點(diǎn)求均值及方差，設(shè)第η幀圖像 的坐標(biāo)為（X，y)的象素值為x n = fn(x，y)，在這前Ν幀圖像中可能包含有 非背景的目標(biāo)物，求出前η幀的均值

【權(quán)利要求】
1. 基于多球機(jī)聯(lián)動結(jié)構(gòu)的視頻運(yùn)動目標(biāo)監(jiān)控方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí) 施： 步驟1 :采用一個全景監(jiān)控攝像頭和多個設(shè)置在不同位置的云臺特寫跟蹤攝像頭，利 用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全景監(jiān)控攝像頭和特寫跟蹤攝像頭之間的聯(lián)動，即建立場景畫面中的每個點(diǎn) 分別在多個特寫攝像頭和一個全景攝像頭所拍攝的視頻畫面中的位置對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)全景 攝像頭中目標(biāo)的位置來確定特寫攝像頭的朝向； 步驟2 :利用全景監(jiān)控攝像頭對監(jiān)視區(qū)域的目標(biāo)進(jìn)行行為檢測，即運(yùn)用圖像及視頻處 理的方法將運(yùn)動目標(biāo)與場景的背景區(qū)別分離，獲得入侵目標(biāo)的所在位置、運(yùn)動方向和速度 的信息； 步驟3 :對步驟2檢測到的目標(biāo)，在視頻的幀與幀之間運(yùn)用模板匹配的方法對運(yùn)動目標(biāo) 進(jìn)行跟蹤，獲得目標(biāo)的運(yùn)動軌跡信息； 步驟4:當(dāng)跟蹤目標(biāo)經(jīng)過用戶所設(shè)界限或者進(jìn)入用戶所設(shè)區(qū)域時，全景監(jiān)控攝像頭將 獲得的目標(biāo)運(yùn)動軌跡信息通過步驟1建立的聯(lián)動關(guān)系傳輸給所有特寫跟蹤攝像頭，通過控 制云臺的轉(zhuǎn)動帶動各個特寫跟蹤攝像頭轉(zhuǎn)動，進(jìn)行目標(biāo)跟蹤； 步驟5 :控制各個特寫跟蹤攝像頭焦距的縮放來拉近目標(biāo)，對得到的鎖定在監(jiān)控畫面 中的目標(biāo)進(jìn)行不同角度特寫拍攝，將拍攝圖像存儲于數(shù)據(jù)庫中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多球機(jī)聯(lián)動結(jié)構(gòu)的視頻運(yùn)動目標(biāo)監(jiān)控方法，其特征在 于，所述的步驟1中利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全景監(jiān)控攝像頭和特寫跟蹤攝像頭之間的聯(lián)動，具體 按照以下步驟實(shí)施： 首先，從槍機(jī)相機(jī)所采集到的視頻畫面Fjx, y), X = 1，2,. . .，m ;y = 1，2,. . .，η上，用 戶拖動鼠標(biāo)，選取一個明顯的特征點(diǎn)，用戶選取的特征點(diǎn)的坐標(biāo)為（Xl，yi)，設(shè)一個槍機(jī)配備 有 N 個球機(jī)，分別用 Fi (X，y)，X = 1，2,. . .，m ;y = 1，2,. . .，n，i = 1，2,. . .，N 表示； 之后，對這N個球機(jī)依次分別將球機(jī)倍率放大至最大，設(shè)這時的最大的放大倍率為I， i = 1，2,. . .，N ;球機(jī)的中心點(diǎn)Fi (X。，yQ), i = 1，2,. . .，N正好和該特征點(diǎn)重合，即： Fi (x〇, y〇) = F〇 (x1； , i = 1, 2,..., N (1) 這樣完成一組標(biāo)定，完成好若干組標(biāo)定后，就完成了全景和球機(jī)的坐標(biāo)映射標(biāo)定； 其次，完成標(biāo)定后，建立 N 個球機(jī) Fi (X，y)，X = 1，2,. . .，m ;y = 1，2,. . .，n，i = 1，2,. . .，N 與槍機(jī) FQ(x, y), x = 1，2,. . .，m ;y = 1，2,. . .，n 之間的映射關(guān)系如下： Fi (x，y) = F〇 (int (x/Ni) + Δ X，int (y/X) + Δ y)，i = 1，2, · · ·，N，x = 1，2, · · ·，m ;y = 1, 2,. . . ,n (2) 其中，Δχ = x〇-Xl，Ay = y〇-yi ; 最后，當(dāng)用戶在全景畫面中拉框放大，根據(jù)公式（2)給出的映射關(guān)系，發(fā)送球機(jī)轉(zhuǎn)動指 令和倍率I，i = 1，2,. . .，N指令至球機(jī)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多球機(jī)聯(lián)動結(jié)構(gòu)的視頻運(yùn)動目標(biāo)監(jiān)控方法，其特征在 于，所述的步驟2具體按照以下步驟實(shí)施： 先對前幾幀圖像的每一個象素點(diǎn)求均值及方差，設(shè)第η幀圖像的坐 標(biāo)為（X，y)的象素值為Xn = fn(x，y)，在這前Ν幀圖像中可能包含有非 背景的目標(biāo)物，求出前η幀的均值
及方差
在后續(xù)幀中根據(jù)求出的均 ， 值和方差判斷當(dāng)前幀的象素點(diǎn)是否屬于背景點(diǎn)，設(shè)給定的權(quán)值β當(dāng)前圖像的象素值如果 在置信區(qū)間eg-+ 中，則說明當(dāng)前像素值與背景比較接近，更新背景模型的均 值?和方差S2,若不屬于該置信區(qū)間則不對背景進(jìn)行更新，經(jīng)過一段時間的訓(xùn)練過程背景 模型的置信區(qū)間會慢慢收斂，目標(biāo)物不會對背景產(chǎn)生影響；更新背景的公式為：
(3) 在得到了場景的背景圖像后，根據(jù)背景差分法，即當(dāng)前幀與背景幀相減得到運(yùn)動的目 標(biāo)物；再根據(jù)給定得閾值對圖像進(jìn)行二值化，得到只含有目標(biāo)的圖像； 設(shè)Ιη是第η幀圖像的灰度值，Bn_i為由前η-1幀圖像得到的背景，Τ為設(shè)置好的閾值， 則逐像素背景相減的函數(shù)Λ Ιη:
(4) 將判斷為前景的目標(biāo)點(diǎn)再進(jìn)行連通域的特性分析，將判斷為非目標(biāo)的點(diǎn)刪除，留下的 就是判斷為目標(biāo)的點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多球機(jī)聯(lián)動結(jié)構(gòu)的視頻運(yùn)動目標(biāo)監(jiān)控方法，其特征在 于，所述的步驟3具體按照以下步驟實(shí)施： 針對有公共監(jiān)視區(qū)域的球機(jī)對目標(biāo)的接力跟蹤采用的是模板匹配算法，在球機(jī)中框選 出的目標(biāo)為模板Τ，大小為MXΜ，其臨近球機(jī)視頻圖像為搜索圖S，搜索圖S上模板Τ覆蓋的 塊叫做子圖S(U，子圖左上角為參考點(diǎn)，i和j的范圍為：0彡i，j彡N-M，其中，NXN為被 搜索圖的大小，MXM為模板T的大小，采用基于誤差測度的MAD準(zhǔn)則，將T和S (i^做差然 后求和，然后在對模板尺寸求平均，MAD相似度準(zhǔn)則如下：
(5) 通過公式（5)計(jì)算得到T和S(i^的相似度，如果此MAD相似值小于一個設(shè)定的閾值， 表示T和s(u是同一個目標(biāo)，一個球機(jī)中的目標(biāo)和相鄰球機(jī)中的同一個目標(biāo)就完成了匹 配，同樣的方法，此相鄰球機(jī)再和其相鄰球機(jī)對目標(biāo)進(jìn)行模板匹配，對所有的球機(jī)進(jìn)行模板 匹配算法，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的接力跟蹤。
【文檔編號】H04N7/18GK104125433SQ201410369845
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】高磊, 朱虹, 謝凡凡, 衛(wèi)永波 申請人:西安冉科信息技術(shù)有限公司