专利名称：基于视频的智能河道监控系统的制作方法
技术领域：
本发明属视频监控技术领域，涉及一种基于监控视频的智能交通监控系统，具体 涉及一种针对河床河道领域的数字视频与图像的处理与应用。
背景技术：
随着国民经济的迅速发展，内河航道作为我国华东和华南地区重要的交通运输基 础设施，在大宗货物的货运船舶运输过程中起着非常重要的作用。长期以来，内河航道的智 能信息化管理一直是航道管理部门探索研究的一个重要课题。据调查，迄今，内河航道的船舶监控仍停留在人工记录观测的水平上，该传统的方 式存在下述两个不足一是管理上很难确保现场观测工作的有效性，直接影响了航道观测 数据的质量；二是人工观测的一手资料很难保存，信息的再利用价值不高。近几年来，随着 运输船舶数量的不断增加，河道管理工作越显重要，急需一种能够对船舶进行精细化管理 的技术手段。视频监控系统的引入能很好地解决上述问题。通过安装在河道上的监控摄像头 拍摄的监控视频画面来分析河道情况，其主要优点在于其信号包含的内容更加丰富而不单 一，可以同时为计算机及工作人员所理解，为人工反馈机制提供了可能，因此能明显提高其 可靠性以及发展前景。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的难点，提供一种基于监控视频的智能交通 监控系统，尤其涉及基于视频的智能河道监控系统。本发明针对交通环境的视频监控系统的关键在于河道中船舶的检测，主要难点在 于户外监控环境下的光线变化以及初始背景样本的难以获取，难以建立背景样本。本发明 提出了针对河床河道领域的数字视频与图像的处理与应用的解决方案。具体而言，本发明提供了一种基于监控视频的智能交通监控系统，其特征在于，包 括监控摄像头(1)，模拟信号(2)，转换器(3)，数字视频信号(4)，自动监控模块(5)，信息统 计显示模块(6)，和显示屏(7)。安装在水陆通道上的监控摄像头(1)，由该监控摄像头送出 的模拟信号(2)，再传送到位于观察室中的显示屏(7)，其向工作人员(8)显示该摄像头所 拍摄的实时图像，所述模拟信号经由转换器(3)转换成数字视频信号(4)之后，由自动监控 模块(5)进行河道监控，检测出的船只特征送往信息统计显示模块(6)进行河道信息的检 测统计。本发明中，由自动监控模块(5)中的基于视频的河道检测模块(5. 1)进行河道 检测，河道检测部分包括背景更新模块(5. 1. 1)，接收数字视频信号(4)，根据其建立背景 模型；前景提取模块(5. 1.2)，接收数字视频信号(4)根据背景模型提取前景；接收前景 提取模块(5. 1. 2)的输出信息的去阴影子模块(5. 1. 3)；接收去阴影子模块(5. 1. 3)的输 出信息的去噪声子模块(5. 1.4)；接收去噪声子模块(5. 1.4)的输出信息的规整化子模块(5. 1. 5)。所述背景更新模块(5. 1. 1)该模块通过平均取出的帧图像对背景进行学习更新。所述前景提取模块(5. 1. 2)该模块根据背景学习模块(5. 1. 1)提供的背景信息对 取出的帧图像进行二值化处理，即与背景相似度(通过灰度值的差来衡量)高的像素点设 为白色，与背景差异性较大的设为黑色从而提取出了所需要的前景信息。所述去除阴影模块(5. 1.3)，该模块根据前景模块(5. 1.2)生成的二值化图像对 图像帧的前景部分进行检查，将原始图像的灰度值加上一个值与再与背景比较，由于阴影 部分是由于光线被遮挡，被遮挡部分变暗形成阴影，将灰度值提高与背景比较，将与背景相 似度(通过灰度值的差来衡量)高的像素设为白色从而去除阴影。所述去噪模块(5. 1.4)，该模块对去除阴影模块(5. 1.3)去除阴影之后的前景二 值化图像，采用形态学中的腐蚀及膨胀算法来进行噪声点的去除。首先腐蚀算法将去除前 景当中的噪声点，但是同时也会缩小真正前景区域的面积，所以需要通过膨胀算法再将其 恢复。所述规整化模块(5. 1. 5)，由于去噪模块(5. 1. 4)处理之后的不规则的像素点集 合所组成的前景区域，直接用来定位前景物体不够精确，因此对前景区域进行规整化，该模 块首先滤除其它通道以及面积过小的区域，通过水平以及垂直方向对前景区域的扫描，去 除区域边缘“毛刺”并填充内部空白区域。最后根据规整化之后的前景区域，用可包含每一 块前景区域的最小矩形表示船只在图像中的位置。其中去噪模块(5. 1.4)处理后的前景区域用于进行流量统计(6. 1)、速度估计 (6. 2)，规整模块(5. 1. 5)处理后的前景区域船型判断(6. 3)。所述流量统计(6. 1)该模块采用标记区域法，其主要思想是通过船只对标记区域 背景的覆盖来判断船只的经过。此处的标记区域背景指图3中每条通道标示为A的区域。 判定船只是否覆盖该区域的准则是在该区域中的前景像素点面积与该标记区域面积之比 大于某阈值TA。当某帧开始该比值大于阈值TA时，认为船只进入该区域，当帧该比值小于 阈值TA时，认为船只离开该区域，则该通道的通过船只计数加一。由于前景提取的精度不 可能达到100%，因此允许在上述船只进入到离开的帧序列中，允许有低于阈值Tk的少数 帧不满足上述面积比。所述速度估计(6. 2)该模块相当于进行两次流量的统计，即在图3中每条通道标 示为A以及标记为B的两个区域利用标记区域法，设置两个阈值TA及TB来判定船只进入 该区域。通过船只进入A区域到进入B区域的帧数Nf与两区域之间的实际距离d经过计 算估计出船只经过时的速度s
权利要求
1.一种基于视频的智能河道监控系统，其特征在于，包括监控摄像头(1)，模拟信号 (2)，转换器(3)，数字视频信号(4)，自动监控模块(5)，信息统计显示模块(6)，和显示屏 (7)；所述的监控摄像头(1)安装在河道上，送出模拟信号(2)，再传送到位于监控室中的显 示屏(7)，向工作人员(8)显示摄像头(1)所拍摄的实时图像，所述模拟信号(2)经由转换 器(3)转换成数字视频信号(4)，由自动监控模块(5)进行河道监控，检测出的船只特征送 往信息统计显示模块(6)进行河道信息的检测统计。
2.根据权利要求1所述的基于视频的智能河道监控系统，其特征在于，所述的自动检 测模块(5)中包括河道检测模块(5. 1)。
3.根据权利要求2所述的基于视频的智能河道监控系统，其特征在于，所述的河道检 测模块(5. 1)包括背景更新模块(5. 1. 1)，接收数字视频信号(4)，根据其建立背景模型； 前景提取模块(5. 1. 2)，接收数字视频信号(4)根据背景模型提取前景；接收前景提取模块 (5. 1. 2)的输出信息的去阴影子模块(5. 1. 3)；接收去阴影子模块(5. 1. 3)的输出信息的去 噪声子模块(5. 1. 4)；接收去噪声子模块(5. 1. 4)的输出信息的规整化子模块(5. 1. 5)；
4.根据权利要求3所述的基于视频的智能河道监控系统，其特征在于，所述的去噪声 子模块(5. 1.4)，采用形态学中的腐蚀及膨胀算法进行噪声点的去除。
5.根据权利要求1所述的基于视频的智能河道监控系统，其特征在于，所述的信息统 计显示模块(6)包括流量模块(6. 1)、速度估计模块(6. 2)和船型判断模块(6. 3)。
6.根据权利要求5所述的基于视频的智能河道监控系统，其特征在于，所述的流量模 块(6. 1)采用标记区域法，通过船只对标记区域的覆盖判断船只的经过，其中，判定船只是 否覆盖该区域的准则是在该区域中的前景像素点面积与该标记区域面积之比大于某阈值 TA,当某帧开始该比值大于阈值TA时，认为船只进入该区域，当帧该比值小于阈值TA时，认 为船只离开该区域，则该通道的通过船只计数加一；所述的速度估计模块(6. 2)通过船只进入通道前后两个区域相差的帧数与两区域之 间的实际距离，计算估计出船只经过时的速度；所述的船型判断模块(6. 3)通过覆盖地面的前景区域面积判断当前经过的船只大小。
全文摘要
本发明属视频监控技术领域，涉及一种基于视频的智能河道监控系统，包括安装在水陆通道上的监控摄像头，由该监控摄像头送出的模拟信号，传送到位于观察室中的显示屏其向工作人员显示所拍摄的实时图像，经由转换器转换成数字视频信号之后，由自动监控模块进行河道监控，检测出的船只特征送往信息统计显示模块进行河道信息的检测统计。本发明能对河道上经过的船只自动进行流量以及速度的统计，降低了对河道监控的人力资源的消耗，避免了现有检测技术的弊端，利用监控视频，实现自动智能检测，提高了监控质量。
文档编号H04N5/14GK102006455SQ20091019510
公开日2011年4月6日 申请日期2009年9月3日 优先权日2009年9月3日
发明者张文强, 路红, 陈义东 申请人:复旦大学