基于視頻監(jiān)控平臺(tái)的人員翻越行為的檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能視頻監(jiān)控領(lǐng)域。具體來(lái)說(shuō)屬于一種基于普通單目攝像頭，單攝相機(jī)(即一般的現(xiàn)有視頻監(jiān)控平臺(tái))的周界安防系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的周界安防有很多種解決方案，如紅外對(duì)射方案、微波對(duì)射方案、泄漏電纜方案、振動(dòng)電纜方案、電子圍欄、電網(wǎng)等。但受一些客觀(guān)條件因素所限，它們也都存在著很多不足:紅外等傳統(tǒng)方案，防護(hù)等級(jí)較低，對(duì)于蓄意侵入者而言，很容易跨越或規(guī)避；同時(shí)易受地形條件的高低、曲折、轉(zhuǎn)彎、折彎等環(huán)境限制，而且它們不適合惡劣氣候，容易受高溫、低溫、強(qiáng)光、灰塵、雨、雪、霧、霜等自然氣候的影響，誤報(bào)率高；泄露電纜和振動(dòng)電纜屬于電纜傳感，傳感部分都是有源的，系統(tǒng)功耗很大；而電子圍欄、電網(wǎng)等方案又有一定危害性?？偟膩?lái)說(shuō)，上述方案可監(jiān)測(cè)的距離較短，需要專(zhuān)用設(shè)備，單位距離成本高，在需要進(jìn)行長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)的情況下，系統(tǒng)造價(jià)高昂。且傳感器單元的壽命較短，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用，維護(hù)成本較高；干擾機(jī)會(huì)增多(電磁干擾、信號(hào)干擾、串?dāng)_等)，靈敏性下降，誤報(bào)率、漏報(bào)率上升等。并且，對(duì)于大范圍監(jiān)控，以上傳統(tǒng)方案本身沒(méi)有定位功能，遇上侵入行為，無(wú)法定位。這意味著無(wú)法及時(shí)、準(zhǔn)確地確定危險(xiǎn)地點(diǎn)，無(wú)法及時(shí)采取制止措施阻止侵入行為。
[0003]總之，以上方法成本高、誤報(bào)率高，無(wú)法立刻判斷報(bào)警是否為誤報(bào)，需要立刻派遣人員前往實(shí)地查看。對(duì)于大范圍的入侵監(jiān)控，人力成本相當(dāng)高。
[0004]隨著研宄的深入，圖像模式識(shí)別，機(jī)器計(jì)算機(jī)視覺(jué)等技術(shù)在近年來(lái)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，各種智能算法的提出為解決實(shí)際工程問(wèn)題提供了理論保障；而隨著我國(guó)安全社區(qū)、安全校園、安全家居等理念的提出，相應(yīng)的監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)遍布了生產(chǎn)生活中的許多角落，這就為本發(fā)明提出的人員翻越圍墻的檢測(cè)系統(tǒng)提供了硬件基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)條件。如果能夠在現(xiàn)有的攝像監(jiān)控系統(tǒng)中融入相應(yīng)的檢測(cè)軟件，不僅充分利用了現(xiàn)有的硬件資源，節(jié)約設(shè)施開(kāi)銷(xiāo)，而且能夠有效彌補(bǔ)上述探測(cè)器的不足，具有廣闊的應(yīng)用空間。
[0005]現(xiàn)有的基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的周界安防系統(tǒng)，不能準(zhǔn)確的解決人員翻越圍墻這一問(wèn)題。有的如專(zhuān)利201410447901中描述的，使用DSP和ARM等嵌入式設(shè)備進(jìn)行開(kāi)發(fā)，這需要很大的硬件成本，需要對(duì)現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行大量改造。專(zhuān)利201210424052只能實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入某個(gè)區(qū)域的任何運(yùn)動(dòng)物體都進(jìn)行報(bào)警，這實(shí)在過(guò)于粗糙，在實(shí)際應(yīng)用中也受到很大局限。專(zhuān)利201210207773中也描述了一種用于周界防范的多目標(biāo)跟蹤方法。但這種方法中使用了均值漂移法，需要物體具有色彩信息。這就意味著該方法在夜間紅外攝像頭下難以使用。而翻越圍墻的行為是很有可能出現(xiàn)在夜間的。這就很大程度上限制了該專(zhuān)利的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種基于現(xiàn)有視頻監(jiān)控平臺(tái)可以有效地識(shí)別人員翻越圍墻的行為的檢測(cè)方法，技術(shù)方案如下:
[0007]一種基于視頻監(jiān)控平臺(tái)的人員翻越行為的檢測(cè)方法，包括下列的步驟:
[0008]I)輸入視頻幀，將墻體位置用一條直線(xiàn)標(biāo)記出來(lái)，這條直線(xiàn)稱(chēng)為警戒線(xiàn)；
[0009]2)對(duì)于一幀圖像，根據(jù)標(biāo)出的墻體位置對(duì)視頻畫(huà)面進(jìn)行裁剪；并提取運(yùn)動(dòng)前景圖像；
[0010]3)對(duì)前景圖像進(jìn)行二值化處理以及形態(tài)學(xué)濾波，再通過(guò)邊界鏈碼提取的方法實(shí)現(xiàn)連通域的提取，并對(duì)每一個(gè)連通域求取外接矩形。然后對(duì)于每個(gè)連通域的外接矩形，按照長(zhǎng)和寬的反線(xiàn)性關(guān)系計(jì)算擴(kuò)大比例系數(shù)，越小的矩形擴(kuò)大的比例越大，擴(kuò)大最大的情況下將矩形長(zhǎng)度擴(kuò)大20%，寬度擴(kuò)大10%，然后將擴(kuò)大后的矩形區(qū)域合并成更大的矩形；對(duì)于合并的結(jié)果，依照運(yùn)動(dòng)區(qū)域大小，長(zhǎng)寬比等條件進(jìn)行分類(lèi)，舍去不包含運(yùn)動(dòng)人體的矩形，得到一系列可能包含人體的矩形區(qū)域；
[0011]4)對(duì)上面得到的可能包含人體的矩形區(qū)域與警戒線(xiàn)的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行分析，對(duì)于磚墻，當(dāng)矩形底邊與警戒線(xiàn)交點(diǎn)在矩形底邊中點(diǎn)附近30%區(qū)域時(shí)，認(rèn)為矩形區(qū)域滿(mǎn)足位置條件，進(jìn)行下一步的計(jì)算，否則，返回步驟2);對(duì)于柵欄墻，當(dāng)矩形垂直等分線(xiàn)近似被警戒線(xiàn)分割得到的上半部分占整個(gè)矩形高度的20%?60%時(shí)，認(rèn)為矩形區(qū)域滿(mǎn)足位置條件，此時(shí)進(jìn)行下一步的計(jì)算，否則，返回步驟2);
[0012]5)對(duì)前面4)篩選出的矩形區(qū)域使用Canny邊緣算子提取邊緣，并進(jìn)行Hough變換，如果能夠檢測(cè)出圓形的頭部，則認(rèn)為這個(gè)矩形區(qū)域中確實(shí)含有人，將此矩形區(qū)域包含的圖片稱(chēng)為子圖片，并將其復(fù)制到跟蹤隊(duì)列中進(jìn)行跟蹤；
[0013]6)對(duì)于放入跟蹤隊(duì)列中的子圖片，用harris角點(diǎn)法尋找子圖片中的特征點(diǎn)并保存；
[0014]7)對(duì)于下一幀圖像，重復(fù)步驟2)至3)的處理，獲得可能包含人體的矩形區(qū)域；
[0015]8)對(duì)于6)中保存的特征點(diǎn)使用KLT光流法進(jìn)行跟蹤，得到這些特征點(diǎn)在該幀圖片中的位置，在7)步得到的所有的矩形區(qū)域中，根據(jù)特征點(diǎn)的位置，找到包含跟蹤得到的特征點(diǎn)的數(shù)目最多的那一個(gè)矩形；如果這個(gè)矩形中包含的特征點(diǎn)總數(shù)有進(jìn)行跟蹤計(jì)算的特征點(diǎn)的數(shù)目的一半以上，認(rèn)為此次跟蹤是成功的，更新跟蹤隊(duì)列中的子圖片并返回步驟7)繼續(xù)跟蹤；否則認(rèn)為跟蹤失敗，將子圖片從跟蹤隊(duì)列中移除并退出跟蹤；
[0016]9)記錄每一幀被跟蹤的矩形的頂部的位置，得到運(yùn)動(dòng)軌跡；
[0017]10)判斷軌跡是否滿(mǎn)足以下條件:首先，軌跡有一定長(zhǎng)度，并且軌跡最后的部分要與警戒線(xiàn)相交。其次，軌跡應(yīng)該中間高，兩邊低；再次，軌跡要有一定的跨度，如果這些條件都滿(mǎn)足，則認(rèn)為跟蹤到的人做出了翻越圍墻的動(dòng)作，記錄這時(shí)的圖片；返回2)。
[0018]本發(fā)明不依賴(lài)于圖像中的色彩信息，尤其適合晚上的檢測(cè)(翻越圍墻的事件一般在晚上發(fā)生)；同時(shí)，計(jì)算效率很高，可以節(jié)約服務(wù)器配置，降低使用成本。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明所搭載的視頻監(jiān)控系統(tǒng)框圖。
[0020]圖2為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一般架構(gòu)為:由模擬攝像機(jī)拍攝的畫(huà)面經(jīng)過(guò)線(xiàn)纜一部分直接傳給監(jiān)視器顯示，另一部分傳給硬盤(pán)錄像機(jī)。進(jìn)入硬盤(pán)錄像機(jī)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字碼流，一方面進(jìn)行編碼，以文件形式存儲(chǔ)在硬盤(pán)錄像機(jī)內(nèi)；另一方面，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)連接硬盤(pán)錄像機(jī)，提取碼流并進(jìn)行顯示、分析。具體如圖1所示?；诒景l(fā)明提出的方法所形成的人員翻越圍墻檢測(cè)軟件，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接硬盤(pán)錄像，采集視頻數(shù)據(jù)并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，如有人員翻越圍墻則進(jìn)行報(bào)警。
[0022]本發(fā)明方法具體如圖2所示。
[0023]下面對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0024]1.碼流轉(zhuǎn)換
[0025]由于模擬攝像機(jī)傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，需要先經(jīng)過(guò)硬盤(pán)錄像機(jī)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)，而轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(hào)時(shí)YUV信號(hào)的存儲(chǔ)格式，為了后續(xù)方法的方便處理，我們將此種信號(hào)格式轉(zhuǎn)換為RGB信號(hào)，其轉(zhuǎn)換公式為:
[0026]R = Y+1.14V
[0027]G = Y-0.39U-0.58V
[0028]B = Y+0.23U
[0029]由于視頻監(jiān)控畫(huà)面是實(shí)時(shí)刷新，相當(dāng)于不小于25幀/秒的刷新速度，而將YUV信號(hào)轉(zhuǎn)為待處理的RGB信號(hào)以及后續(xù)算法的總耗時(shí)無(wú)法滿(mǎn)足程序?qū)崟r(shí)性要求，故采用關(guān)鍵幀提取技術(shù)，每隔10幀提取一幀進(jìn)行處理。經(jīng)測(cè)驗(yàn)，這種提取方式完全能夠滿(mǎn)足在周界檢測(cè)中可靠性方面的需求。
[0030]2.圖片的裁剪與縮放
[0031]將墻體的位置用一條直線(xiàn)標(biāo)記出來(lái)，這條直線(xiàn)稱(chēng)為警戒線(xiàn)。然后根據(jù)標(biāo)出的墻體位置對(duì)視頻畫(huà)面進(jìn)行裁剪，并按照設(shè)定的縮放比例，用最臨近插值算