基于多球機聯動結構的視頻運動目標監控方法
【專利摘要】本發明公開的基于多球機聯動結構的視頻運動目標監控方法，采用多攝像頭聯動結構，一個固定的攝像頭完成全景監控的任務，對進入監視區域的目標進行識別，確定出目標的位置和運行速度和方向。然后，當有目標經過用戶所設邊界或者進入用戶所設區域時，全景監視攝像頭完成對入侵目標的進入位置、運動軌跡及速度的進行檢測，并將轉換成控制信息發送給架設特寫跟蹤攝像頭的云臺，驅動多個架設在監控場景不同角度，并且有兩個自由度的可旋轉云臺上的攝像頭，自動調整攝像頭分辨率，對目標進行跟蹤，保證所拍攝視頻畫面中的目標物足夠清晰以供用戶辨認，完成對所鎖定目標的特寫跟蹤。
【專利說明】基于多球機聯動結構的視頻運動目標監控方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于智能監控及視頻圖像處理【技術領域】，涉及一種視頻目標監控的方法， 具體涉及一種基于多球機聯動結構的視頻運動目標監控方法。

【背景技術】
[0002] 視頻監控系統作為安全保障的一種先進手段，目前已經得到了極為廣泛的應用。 從社區的智能化樓宇管理，到銀行、火車站、機場等單位的安全監控，視頻監控系統為防范 各類犯罪事件的發生起到了積極的作用。
[0003] 然而，目前所使用的視頻監控系統，通常只能簡單的將監視區域的視頻畫面不做 任何處理的直接保存到硬盤上。如果有突發事件發生，則從硬盤中調出視頻資料，進行分析 與觀察。
[0004] 但很多情況下，由于視頻分辨率和攝像頭監控角度的限制，當出現突發事件時，往 往會因為目標物不在熱點區域、角度問題造成無法看清目標人物的正臉或分辨率太低而導 致人們無法清晰識別所關心的目標。給偵破帶來很大的困難，失去了視頻監視真正的意義。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的是提供一種基于多球機聯動結構的視頻運動目標監控方法，解決了 現有監控方法只能簡單的將監視區域的視頻畫面不做任何處理的直接保存到硬盤上，監控 的利用率和準確度較低的問題。不僅可以對監控畫面進行全景監視，還可以根據用戶需要， 針對進入熱點區域或者邊界的目標進行不同角度、全方位的特寫跟蹤。
[0006] 本發明所采用的技術方案是，基于多球機聯動結構的視頻運動目標監控方法，具 體按照以下步驟實施：
[0007] 步驟1 :采用一個全景監控攝像頭和多個設置在不同位置的云臺特寫跟蹤攝像 頭，利用計算機實現全景監控攝像頭和特寫跟蹤攝像頭之間的聯動，即建立場景畫面中的 每個點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關系，根 據全景攝像頭中目標的位置來確定特寫攝像頭的朝向；
[0008] 步驟2 :利用全景監控攝像頭對監視區域的目標進行行為檢測，即運用圖像及視 頻處理的方法將運動目標與場景的背景區別分離，獲得入侵目標的所在位置、運動方向和 速度的信息；
[0009] 步驟3 :對步驟2檢測到的目標，在視頻的幀與幀之間運用模板匹配的方法對運動 目標進行跟蹤，獲得目標的運動軌跡信息；
[0010] 步驟4:當跟蹤目標經過用戶所設界限或者進入用戶所設區域時，全景監控攝像 頭將獲得的目標運動軌跡信息通過步驟1建立的聯動關系傳輸給所有特寫跟蹤攝像頭，通 過控制云臺的轉動帶動各個特寫跟蹤攝像頭轉動，進行目標跟蹤；
[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，對得到的鎖定在監控 畫面中的目標進行不同角度特寫拍攝，將拍攝圖像存儲于數據庫中。
[0012] 本發明的特點還在于，
[0013] 其中的步驟1中利用計算機實現全景監控攝像頭和特寫跟蹤攝像頭之間的聯動， 具體按照以下步驟實施：
[0014] 首先，從槍機相機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，選取一個明顯的特征點，用戶選取的特征點的坐標為（Xl，yi)，設一個槍 機配備有 N 個球機，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個球機依次分別將球機倍率放大至最大，設這時的最大的放大倍率 為Ki，i = 1，2,. . .，N ;球機的中心點Fi (X。，yQ)，i = 1，2,. . .，N正好和該特征點重合，即：
[0016] Fi (x〇, y〇) = F〇 (x1； , i = 1, 2, . . . , N (1)
[0017] 這樣完成一組標定，完成好若干組標定后，就完成了全景和球機的坐標映射標 定；
[0018] 其次，完成標定后，建立 N 個球機 Fi (X，y), X = 1，2, · · ·，m ;y = 1，2, · · ·，n，i = 1，2,. . .，N 與槍機 FQ(x, y), x = 1，2,. . .，m ;y = 1，2,. . .，n 之間的映射關系如下：
[0019] Fi (X，y) = F0 (int (x/隊）+ Δ X，int (y/隊）+ 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，當用戶在全景畫面中拉框放大，根據公式（2)給出的映射關系，發送球機轉 動指令和倍率I，i = 1，2, . . .，N指令至球機。
[0021] 其中的步驟2具體按照以下步驟實施：
[0022] 先對前幾幀圖像的每一個象素點求均值及方差，設第η幀圖像 的坐標為（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 非背景的目標物，求出前η幀的均值

【權利要求】
1. 基于多球機聯動結構的視頻運動目標監控方法，其特征在于，具體按照以下步驟實 施： 步驟1 :采用一個全景監控攝像頭和多個設置在不同位置的云臺特寫跟蹤攝像頭，利 用計算機實現全景監控攝像頭和特寫跟蹤攝像頭之間的聯動，即建立場景畫面中的每個點 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關系，根據全景 攝像頭中目標的位置來確定特寫攝像頭的朝向； 步驟2 :利用全景監控攝像頭對監視區域的目標進行行為檢測，即運用圖像及視頻處 理的方法將運動目標與場景的背景區別分離，獲得入侵目標的所在位置、運動方向和速度 的信息； 步驟3 :對步驟2檢測到的目標，在視頻的幀與幀之間運用模板匹配的方法對運動目標 進行跟蹤，獲得目標的運動軌跡信息； 步驟4:當跟蹤目標經過用戶所設界限或者進入用戶所設區域時，全景監控攝像頭將 獲得的目標運動軌跡信息通過步驟1建立的聯動關系傳輸給所有特寫跟蹤攝像頭，通過控 制云臺的轉動帶動各個特寫跟蹤攝像頭轉動，進行目標跟蹤； 步驟5 :控制各個特寫跟蹤攝像頭焦距的縮放來拉近目標，對得到的鎖定在監控畫面 中的目標進行不同角度特寫拍攝，將拍攝圖像存儲于數據庫中。
2. 根據權利要求1所述的基于多球機聯動結構的視頻運動目標監控方法，其特征在 于，所述的步驟1中利用計算機實現全景監控攝像頭和特寫跟蹤攝像頭之間的聯動，具體 按照以下步驟實施： 首先，從槍機相機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，選取一個明顯的特征點，用戶選取的特征點的坐標為（Xl，yi)，設一個槍機配備 有 N 個球機，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個球機依次分別將球機倍率放大至最大，設這時的最大的放大倍率為I， i = 1，2,. . .，N ;球機的中心點Fi (X。，yQ), i = 1，2,. . .，N正好和該特征點重合，即： Fi (x〇, y〇) = F〇 (x1； , i = 1, 2,..., N (1) 這樣完成一組標定，完成好若干組標定后，就完成了全景和球機的坐標映射標定； 其次，完成標定后，建立 N 個球機 Fi (X，y)，X = 1，2,. . .，m ;y = 1，2,. . .，n，i = 1，2,. . .，N 與槍機 FQ(x, y), x = 1，2,. . .，m ;y = 1，2,. . .，n 之間的映射關系如下： 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，當用戶在全景畫面中拉框放大，根據公式（2)給出的映射關系，發送球機轉動指 令和倍率I，i = 1，2,. . .，N指令至球機。
3. 根據權利要求1所述的基于多球機聯動結構的視頻運動目標監控方法，其特征在 于，所述的步驟2具體按照以下步驟實施： 先對前幾幀圖像的每一個象素點求均值及方差，設第η幀圖像的坐 標為（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 背景的目標物，求出前η幀的均值
及方差
在后續幀中根據求出的均 ， 值和方差判斷當前幀的象素點是否屬于背景點，設給定的權值β當前圖像的象素值如果 在置信區間eg-+ 中，則說明當前像素值與背景比較接近，更新背景模型的均 值?和方差S2,若不屬于該置信區間則不對背景進行更新，經過一段時間的訓練過程背景 模型的置信區間會慢慢收斂，目標物不會對背景產生影響；更新背景的公式為：
(3) 在得到了場景的背景圖像后，根據背景差分法，即當前幀與背景幀相減得到運動的目 標物；再根據給定得閾值對圖像進行二值化，得到只含有目標的圖像； 設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為設置好的閾值， 則逐像素背景相減的函數Λ Ιη:
(4) 將判斷為前景的目標點再進行連通域的特性分析，將判斷為非目標的點刪除，留下的 就是判斷為目標的點。
4.根據權利要求1所述的基于多球機聯動結構的視頻運動目標監控方法，其特征在 于，所述的步驟3具體按照以下步驟實施： 針對有公共監視區域的球機對目標的接力跟蹤采用的是模板匹配算法，在球機中框選 出的目標為模板Τ，大小為MXΜ，其臨近球機視頻圖像為搜索圖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，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相似度準則如下：
(5) 通過公式（5)計算得到T和S(i^的相似度，如果此MAD相似值小于一個設定的閾值， 表示T和s(u是同一個目標，一個球機中的目標和相鄰球機中的同一個目標就完成了匹 配，同樣的方法，此相鄰球機再和其相鄰球機對目標進行模板匹配，對所有的球機進行模板 匹配算法，實現目標的接力跟蹤。
【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 優先權日:2014年7月30日
【發明者】高磊, 朱虹, 謝凡凡, 衛永波 申請人:西安冉科信息技術有限公司