智能网络视觉目标检测分析方法及仪器

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智能网络视觉目标检测分析方法及仪器 \n技术领域\n[0001] 本发明是一种安保监视方法及设备。 \n背景技术\n[0002] 在监控区域内，一旦有人物或车辆入侵，以及物体的变化等情况，视频图像的特征都发生变化，此种变化称为异常、或者是具有威胁性。当智能网络视觉目标检测分析仪发现视频图像发生异常时，马上会发出报警信号，而传统的监控系统不具有此种功能。只能由监控人员密切注视监控画面来判别是否具有威胁性。而实验结果表明，当盯着视频画面22分钟之后，人眼将对视频画面里95％的活动信息视而不见。正因为如此，传统的监控系统往往在事故发生的时候，保安人员都无法及时看到，导致事故更进一步的扩大。此时的监控系统就失去了他原有真正的意义，不能够起到一个预警的作用，只能做到当事故发生后，把他当作事故现场的一个证据；另外一点是传统的监控系统是7×24小时全天候录像，没有用的信息和有用的信息一并没有规律的录在了一起，这不仅大大的浪费了硬盘空间，而且当需要查到某一段录像时，带来了不必要的麻烦。 \n发明内容\n[0003] 本发明的目的是提供一种智能网络视觉目标检测分析方法及仪器，以解决自动检测出监控系统视频画面是否具有威胁性并且发出报警信号的技术问题。 [0004] 本发明的智能网络视觉目标检测分析方法： \n[0005] 从固定摄像机获取标准电视信号(模拟视频信号)通过图像编码单元将原来的标准电视信号编译为MPEG-4格式，再传送给数字信号图像处理分析单元(DSP)； [0006] 在数字信号图像处理分析单元中，通过被测区域参照物进行三维建模：通过被测区域内选取三到四个参照物在画面的远中近位置，分别取点并输入实际高度，设备从中获知此参照物在画面的不同位置所应占有的比例，进而通过数学公式计算出画面中任意物体的高度及任意两点间的距离； \n[0007] 当监控画面的区域内出现移动的目标，将该移动目标从背景画面区分出来，对当前采集的数字信号与前一时间的数字信号(即前一帧)进行特征对比，特征对比值小于规定的数值，那么将其过滤掉，不作任何报警动作；如果特征对比的数值超过规定的数值，此时将调出内嵌在存储单元的分别有移动目标的大小、移动轨迹的特征、移动目标的形状的数据库模型，再次进行包括目标的大小、轮廓、运动轨迹的特征、运动速度的条目对比，在上述若干条目中有大部分一致时，便会认定该目标为威胁目标，立即发 出报警； [0008] 在报警信号输出的同时，数字信号图像处理分析单元向监控设备输出录像指令。 [0009] 如上所述的智能网络视觉目标检测分析方法，若视频采集采用云台摄像机或高速球型摄像机，根据可疑目标的运动速度与轨迹，通过485控制接口持续发出控制信号给摄像机云台，该控制信号中包含了球机应旋转的方位、角度、速度、时间等信息；根据目标的移动速度对画面进行缩放，始终保持目标处于画面中央位置。 \n[0010] 如上所述的智能网络视觉目标检测分析方法，所述的数字信号图像处理分析单元采用两级视频分析，一级视频分析单元对传送进来的每一帧图像都进行了灰度特征的比较，将有变化的区域形成二值化图像，对形成的二值化图像进行图像分割，如果分析出来的结果小于规定值，那么将作为噪声忽略掉，如果分析出来的结果大于规定值，那么立即传送给二级视频分析单元，二级视频分析单元马上对此图像进行二次分析，并与数据库中的数据进行对比，对比内容包括移动图像的大小、轮廓、变化特征等一系列事先规定的数值，如果此时对比超过事先设定的值(包括非法闯入、物品遗弃及拿走、非法停放车辆等行为)，即马上输出报警信号，报警信号包括高速球型摄像机自动跟踪控制信号、开关量报警信号、语音播放报警信号、电子地图报警信号。 \n[0011] 实现上述发明目的的仪器特征如下： \n[0012] 本发明由编码器和具有核心算法的数字信号图像处理器组成，所述编码器的输入端与视频设备相连接从固定摄像机获取标准电视信号，输出端输出为25帧/秒MPEG-4编码格式的数字视频信号并与数字信号图像处理器的输入端相连接，该数字信号图像处理器的输出分为两路，其中一路将MPEG-4格式视频信号以TCP/IP等协议传送至标准网络接口，另外一路则对视频图像进行实时分析处理，然后再将视频图像分析结果分为两路输出，其中一路叠加到网络输出的视频图像上，另外一路叠加到视频输入端的模拟输出视频图像上构成视频输出，该数字信号图像处理器的输出还包括输出有开关量报警信号、语音播放报警信号或电子地图报警信号的报警输出信息。 \n[0013] 如上所述的智能网络视觉目标检测分析仪还具备1或4路报警输入端口，可与其他传感器(烟雾传感器、红外报警器、环境或温度传感器)相连接实现联动报警功能。 [0014] 如上所述的智能网络视觉目标检测分析仪，在该分析仪中还包括具有音频输入信号端及音频输出信号端的音频处理单元。 \n[0015] 如上所述的智能网络视觉目标检测分析仪，在数字信号图像处理器的输出端还包括高速球型摄像机云台控制单元输出端。 \n[0016] 本智能网络视觉目标检测分析方法及仪器能够在发现有威胁时及时的发出报警信号及支持触发报警录像，这大大的节省了存储资源，提高监控系统的监控效果，减轻保安人员的负担。 \n[0017] 本发明除了能够准确分析出视频画面中是否有人物(车辆)入侵、人物徘徊、非法停车、物体被搬移、物体被遗弃以外，还能准确的控制高速球跟踪慢速或快速的移动目标，并具备报警触发录像功能，而且能够在报警时提前十秒钟进行录像。此功能解决了以往传统监控系统只能用于事后取证的情况，完全做到提前预警的功能，实现真正意义上的安防监控系统的监控效果。 \n[0018] 本发明能够准确的滤除掉由于天气的变化，如：下雨、下雪、光线不足等，以及其他小动物等带来的干扰。 \n[0019] 附图说明\n[0020] 图1是本发明的电路原理框图。 \n[0021] 图2是本发明的数字信号图像处理分析单元的工作原理。 \n[0022] 图3是本发明的数据库部分行为检测参数的方向分布示意图。 \n[0023] 具体实施方式\n[0024] 图4-1至图4-8是本发明图像处理分析单元的数据库部分行为检测参数对应视图。 \n[0025] 本发明由编码器、具有核心算法的DSP处理器、云台控制单元和音频处理单元组成，能将输入的模拟视频信号经过分析处理后转为25帧/秒MPEG-4编码格式的数字视频信号，也可环路输出高保真模拟视频信号。摄像机采集到的模拟视频信号经由编码器变成可分析的数字信号后交由记录有核心算法的DSP数字处理器进行分析处理，发现视频中的威胁目标后由云台控制单元持续发送指令给摄像机云台，对威胁目标实施PTZ跟踪，始终保持目标处于画面中央位置，并可根据目标的移动速度对画面进行缩放，既保证了跟踪的连续性又能使后端监控中心得到可疑目标清晰完整的视频图像。将编码器、DSP处理器及核心算法、云台控制单元、音频处理单元设计成一套整体的硬件电路而又各自具备独立接口，从而形成一种集智能视觉分析、目标跟踪、视频编码、双向语音功能于一身的系统。 [0026] 自动检测出视频画面是否具有威胁性，检测功能包括：入侵检测、物品搬移检测、遗弃物检测、非法停车检测、徘徊检测、PTZ自动跟踪。当视频画面中出现以上行为时，智能网络视觉目标检测分析仪马上会发出报警信号，报警方式包括：(1)、视频画面报警(视频OSD报警、自动弹出报警视频、自动弹出电子地图)；(2)、开关量报警；(3)语音报警。 [0027] 本发明的智能网络视觉目标检测分析设备的调试安装非法简单，只要将摄像机的模拟视频信号传送到该设备(BNC接口)，然后通过该设备将此模拟视频信号传送(BNC接口)到硬盘录像机(DVR)即可，或者是以网络的方式传送给网络硬盘录像机(NVR)等，其他的监控设备不需要作任何改动，就可以将一套传统的监控安防系统改变为一套具有入侵检测、特品搬移检测、遗弃物检测、非法停车检测、PTZ自动跟踪、徘徊检测功能的高科技智能安防系统，因此本设备的发明在技术上有着巨大的突破，在应用上有着非常广泛的前景。 [0028] 以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。 \n[0029] 如图1所示，本发明的智能网络视觉目标检测分析仪由视频编码器、数字信号处理器、云台控制单元、音频处理单元所构成。 \n[0030] 本设备输入信号要采用模拟信号输入(BNC接口)，输出为双模输出，即模拟输出端口(BNC接口)及网络输出端口(RJ45接口)。其中数字视频输出为25帧/秒MPEG-4编码格式的实时数字视频信号，模拟视频输出为叠加报警OSD信息后的高保真模拟视频信号。当发生报警时，画面上的叠加信息、报警输出信号、高速球型摄像机跟踪指令由数字信号处理器一并发出。音频输入及输出信号由音频处理单元单独完成。 \n[0031] 从固定摄像机获取标准电视信号(模拟视频信号)，进入智能网络视觉目标检测分析议，在此分为两路，其中一路直接环路输出，不作任何改变；另外一路进入图像编码单元，该图像编码单元把原来的标准电视信号编译为MPEG-4格式，再传送给数字信号图像处理分析单元(DSP)，该数字信号图像处理分析单元的输出分为两路，其中一路将原来的视频信号(MPEG-4格式)原本不动的以TCP/IP等协议传送出去(输出接口为标准网络接口：\nRJ45)，另外一路则对视频图像进行实时分析处理，判断该视频图像中是否存在威胁等情况，然后再将视频图像分析结果分为两路输出，其中一路叠加到网络输出的视频图像上，另外一路叠加到模拟输出的视频图像上。(所有的叠加分析信息都可以通过智能网络视觉目标检测分析议的设置界面来调整或删除)这是对固定摄像机传来的模拟视频图像信号的分析，如果是高速球型摄像机，此时数字信号图像处理分析单元将发出控制球型摄像机云台的信号(RS485)，触使球型摄像机云台转动，进行自动跟踪移动的目标，在跟踪的过程当中，数字信号图像处理分析单元会根据移动目标的移动特征来控制镜头的放大倍数。 [0032] 本发明的数字信号图像处理分析单元采用类似人脑的独特分析过程和检测原理，记录了600多种人和交通工具的行为特征，可根据视频中可疑目标的大小、轮廓、运动轨迹特征等条件准确判断出目标是否为具有威胁人或交通工具，从而有效滤除由风吹草动或小动物造成的误报，真正做到高检测(99.9％)低误报(少于1个/天)。该算法可嵌入至芯片或电路板中单独实现其功能，其检测分析原理可分为以下几个方面： [0033] 1、3D建模 \n[0034] 普通的视频移动侦测所分析的视频画面是一张平面的图片，在这张图片上没有高低远近之分，只有画面像素的变化，只有构成图像的后一帧画面与前一帧画面相比较其像素变化的百分比达到事前设定值就会产生报警。这种依靠画面像素的变化去判定报警的机制本身就存在诸多问题，因为画面中像素变化的部分并不一定就是我们所需要的报警，很多种外界环境的变化都会引起画面像素的变化，如风吹草动，光线阴影变化、小动物干扰、夜间画面噪点等。可想而之移动侦测会产生相当多的误报警从而失去人们对它的信任。\n[0035] 智能网络视觉目标检测分析仪首先在对监控场景的理解上就已经上升了一个层次，它会通过几个参照物的取样将监控画面定义成一个活生生的三维场景，场景中任意两点间的实际距离，任意物体的实际高度都在它的计算范围之内，从而它可以更加真实的判断出画面中移动目标的真实情况，进而有效滤除误报。其3D建模的过程及原理为，在画面中选取三到四个参照物(通常此参照物以一个人来充当)，参照物在画面的远中近位置分别取点并输入实际高度，设备从中获知此参照物在画面的不同位置所应占有的比例，进而通过数学公式计算出画面中任意物体的高度及任意两点间的距离。 \n[0036] 2、检测分析 \n[0037] 有了3D建模的基础，该设备可以精准判断画面场景中任意位置任意物体的大小，从而为检测分析提供了有力的证据。该设备的检测分析原理与步骤分为以下几个方面： [0038] 所监控画面的防区内出现移动的目标，所占报警比例为20％； [0039] 将该移动目标从背景画面区分出来，调用数据库信息(部分模型数据库信息见附图2)与之做对比，对比条目包括目标的大小、轮廓、运动轨迹的特征、运动速度，每项对比条目所占报警比例各为20％； \n[0040] 当报警比例达到80％时设备便会认定该目标为威胁目标，立即发出报警。 [0041] 如上所述的目标与背景分离的技术主要基于以下几个特征：一是颜色特征，颜色是图像最显著的特征，与其他特征相比，颜色特征计算简单、性质稳定，对于旋转、平移、尺度变化都不敏感，表现出很强的鲁棒性。颜色特征包括颜色直方图、主要颜色、平均亮度等；\n二是纹理特征，纹理分析一直是计算机视觉的一个重要研究方向，其方法可以大致分为统计方法和结构方法。统计方法是对图像的颜色强度的空间分布信息进行统计，又可进一步分为传统的基于模型的统计方法和基于频谱分析的方法，如马尔可夫随机场模型、Fourier频谱特性等。结构方法首先假定纹理模式由纹理单元按照一定规则排列组成，因此纹理分析就变为确定这些单元、定量分析它们的空间排列；三是形状特征，形状分析首先要把对象从背景中分割出来，再使用圆形度、矩形度、矩等各种方法进行形状的相似性比较。形状特征具有对平移、旋转、缩放的不变性，通常形状的表示可以分为基于边界和基于区域2类。\n基于边界的形状特征用较少的参数可以包含复杂的边界，如Fourier描述子。先在边界上任选定一个初始点，沿边界移动，得到一个复函数，由它便可以求得Fourier描述子。基于区域的形状特征常用矩不变量来描述。 \n[0042] 3、自动跟踪 \n[0043] 若视频采集采用云台摄像机或高速球型摄像机还可通过485控制接口与摄像机云台通信控制摄像机对可疑目标进行PTZ跟踪。其跟踪原理如下： \n[0044] 通过上述检测分析的过程与步骤检测到可疑目标；\n[0045] 根据可疑目标的运动速度与轨迹设备会通过485控制接口持续发出控制信号给摄像机云台，该控制信号中包含了球机应旋转的方位、角度、速度、时间等信息，如发指令为：向水平5度，垂直45度方位以0.02度/秒的速度旋转0.18秒； \n[0046] 根据目标的移动速度对画面进行缩放，既保证了跟踪的连续性，又能使后端监控中心得到可疑目标清晰完整的视频图像，始终保持目标处于画面中央位置。 [0047] 图2为数字信号图像处理分析单元内部的组成框图，视频信号通过编码器进入一级视频分析单元，如果此时视频信号正常(视频画面没有违反事先设定的规则)，那么一级视频分析单元不作任何动作，如果视频信号不正常(视频画面违反了事先设定的规则)，那么立即传送给二级视频分析单元，二级视频分析单元将再做二次图像分析以及调出数据库，进行数据的排除、对比，确定是否违反了事先设定的规则，最后输出报警信号。 [0048] 一级视频分析单元对传送进来的每一帧图像都进行了灰度特征的比较，将有变化的区域形成二值化图像，对形成的二值化图像进行图像分割，如果分析出来的结果小于规定值，那么将作为噪声忽略掉，如果分析出来的结果大于规定值，那么立即传送给二级视频分析单元，二级视频分析单元马上对此图像进行二次分析，并与数据库中的数据进行对比，对比内容包括移动图像的大小、轮廓、变化特征等一系列原来规定的数值，如果此时违反规则，即马上输出报警信号，报警信号分别有高速球型摄像机自动跟踪控制信号、开关量报警信号、语音播放报警信号、电子地图报警信号。 \n[0049] 本发明数字信号图像处理分析单元的数据库的部分行为检测参数见图4。 [0050] 附表1： \n[0051] \n[0052] \n[0053] \n[0054] \n[0055] \n[0056] \n[0057] \n[0058]