枪机-球机混合视频监控的结构化描述装置及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了枪机-球机混合视频监控的结构化描述装置以及系统，该装置包括：采用枪型摄像机的宏观数据采集模块、采用球型摄像机的局部数据采集模块以及数据处理和控制模块。其中宏观数据采集模块用于采集大视场全局视频；局部数据采集模块用于采集目标的高清视频；数据处理和控制模块主要用于目标的检测、追踪以及对局部数据采集模块的控制。本发明通过大视场枪机与高精度球机的结合，实现目标的追踪和精细特征的结构化表述，并通过引入特征在线更新的方法提高追踪的鲁棒性。
【专利说明】枪机-球机混合视频监控的结构化描述装置及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机视觉领域和人工智能领域，具体涉及一种枪机-球机混合视频监控的结构化描述技术。
【背景技术】
[0002]当今社会，公共安全管理直接关系到人民的生命和财产安全、社会稳定和国家安全。现阶段，中国正进入“突发公共事件的高发期”和“社会高风险期”，如何应对此类问题是中国政府的当务之急。尤其是在大型场所，需要对一系列事件进行自动预警和统一协调，包括团体活动态势、人员危险警戒、个人身份确认、危化品的全程跟踪管理、单兵的有效指挥调度等等。最新的微电子、自动化、机械、计算机等技术为场景目标的感知监控提供了各种解决方案，各种枪机、球机、多摄像头等的关联网络成为公共安全保障的强大支撑。
[0003]枪机是监控类CXD监控及中的一种，其外观多为长方体。枪机摄像机的变焦范围取决于选用的镜头，可从几倍到几十倍。枪机的应用范围非常广，可根据选用不同的镜头实现远距离或者广交监控。枪机摄像机适合于光线不充足地区及夜间无法安装照明设备的地区，因此其监控条件不受室内外的限制。一般情况下枪机是固定安装监控特定区域或者景物的位置并且等。
[0004]球机全称为球型摄像机，是现代电视监控发展的代表。其继承彩色一体化摄像机、云台、解码器、防护罩等多功能与一体，安装方便、使用简单但功能强大。球机具有体积小、外形美观、功能强大、安装方便、使用简单、维护容易等特点，广泛应用于开阔区域的监控，如家庭安全监控、交通安全监控、公共场所安全监控、工厂安全监控等。
[0005]一般情况下，枪机摄像机是固定安装对固定区域进行监控。而球机的可变视野和可变聚焦等赋予业务应用的灵活方便性。
[0006]目标提取是整个结构化描述的重要前提，主要包括两种途径:一、通过对关注目标特征进行建模，直接提取目标；二、通过对背景进行建模，在视频图像中去掉背景来实现前景目标的间接提取。
[0007]在视频监控和侦查中，由于关注目标及其特征的多样化，且关注对象多为非常态的，导致对目标进行建模是非常困难的。而对背景建模，因其高效快速以及处理目标的不特定性，成为枪机等监控视频图像分析的主要手段。由于球机摄像机自身的特点，它可以被灵活地应用于多变的背景条件并能通过变焦从而实现目标特征的细化及其结构化表示。
[0008]再者，视频结构化描述技术是对视频内容按语义关系，采用时空分割、特征提取、对象识别等手段，组织成可供计算机和人理解的文本信息的技术。
【发明内容】
[0009]针对现有监控系统中所存在的问题，本发明的目的在于提出了一种枪机-球机混合视频监控的结构化描述方案，以实现在复杂条件下的目标结构化描述。本发明所提供的方案综合了枪机和球机各自的特点，很大程度上弥补了单个相机的不足，从而能够实现复杂场景中对目标检测和追踪的结构化表示。
[0010]为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0011 ] 枪机-球机混合视频监控的结构化描述装置，所述装置首先通过枪机摄像机获取的全局图像建立大视野的背景模型，从而实现前景目标的检测，进而再实现球形摄像机下复杂场景中对目标的鲁棒性追踪和结构化描述。
[0012]在本发明的优选实例中，所述描述装置包括:
[0013]宏观数据采集模块，所述宏观数据采集模块通过枪型摄像机采集全局的视频数据；
[0014]局部数据采集模块，所述局部数据采集模块通过球形摄像机采集检测到目标的高清视频数据；
[0015]数据处理和控制模块，所述数据处理和控制模块处理宏观数据采集模块和局部数据采集模块采集到的视频数据，并根据处理结果控制局部数据采集模块对目标进行跟踪。
[0016]进一步的，所述数据处理和控制模块具体包括数据处理模块和控制模块，所述数据处理模块通过对宏观数据采集模块采集的全局视频图像进行背景建模，检测出前景目标，计算目标的位置和宏观特征；所述控制模块根据目标的位置和宏观特征控制局部数据采集模块采集目标高清视频，再由数据处理模块通过该高清视频计算目标细化特征。
[0017]进一步的，所述数据处理中引入特征更新机制，实现追踪器的在线学习，通过设定更新阀值来设定特征更新的时刻，基于该机理可以实现目标的多姿态鲁棒追踪。
[0018]再进一步的，所述数据处理模块具体包括目标检测子模块、特征计算子模块以及目标跟踪子模块，其中:
[0019]目标检测子模块，用于检测宏观数据采集模块采集到的视频中的运动目标；
[0020]特征计算子模块，用于计算目标的宏观特征和细化特征；
[0021]目标跟踪子模块，用于对当前帧进行局部采样，通过相似测度实现模板和样本的特征匹配，实现目标跟踪。
[0022]基于该描述装置，本发明还提供一种枪机-球机混合视频监控的结构化描述系统，所述描述系统包括服务器，其还包括若干上述的枪机-球机混合视频监控的结构化描述装置，所述若干枪机-球机混合视频监控的结构化描述通过网络连接至服务器，将描述装置采集到的视频以及分析结果通过网络传输汇总到服务器，由此实现对视频的调阅、下载、目标检索。
[0023]根据上述方案，本发明建立枪机下大视野的监控视频的背景模型，并结合球机实现目标的鲁棒性追踪和精细化目标特征的结构化描述。该方法提升了监控系统的灵活性和自动化程度，大大减少了系统对人力的依靠，具有广阔的应用发展空间。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]以下结合附图和【具体实施方式】来进一步说明本发明。
[0025]图1为本发明提供的描述装置的结构框图；
[0026]图2为本发明实施的一示例图；
[0027]图3为本发明提供的描述系统的系统框图。【具体实施方式】
[0028]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0029]本发明的基本原理是通过枪机摄像机获取的广视场图像建立大视野的背景模型，从而实现前景目标的检测，进而再实现球机摄像机下复杂场景中对目标的鲁棒性追踪和结构化描述。
[0030]参见图1，其所示为基于上述原理形成的枪机-球机混合视频监控的结构化描述装置的示意图。由图可知，该结构化描述装置100包括宏观数据采集模块110、局部数据采集模块120以及数据处理和控制模块130三部分。其中:
[0031]宏观数据采集模块110采用大视场枪型摄像机，用于采集全局的视频数据。
[0032]局部数据采集模块120采用高清球形摄像机，用于采集检测到目标的高清视频数据。
[0033]数据处理和控制模块130分别与宏观数据采集模块110和局部数据采集模块120数据相接，用于处理宏观数据采集模块110和局部数据采集模块120采集到的视频数据，并根据处理结果控制局部数据采集模块120对目标进行跟踪。
[0034]数据处理和控制模块130为整个结构化描述装置的计算核心，其具体可采用DSP芯片或PC来实现相应功能。
[0035]为了保证数据计算的高效和准确性，本发明中的数据处理和控制模块130具体包括数据处理模块131和控制模块132。其中:
[0036]数据处理模块131用于处理宏观数据采集模块110和局部数据采集模块采集120到的视频数据；
[0037]控制模块132用于控制局部数据采集模块120对目标进行跟踪。
[0038]由此形成的数据处理和控制模块130在进行数据处理时，首先由数据处理模块131对宏观数据采集模块110采集的视频图像数据进行背景建模，检测出前景目标，计算目标的位置和宏观特征；接着由控制模块132根据目标的位置和宏观特征控制局部数据采集模块120采集的目标高清视频，最后由数据处理模块通过该高清视频计算目标细化特征。
[0039]其中，数据处理模块131具体包括目标检测子模块131a、特征计算子模块131b以及目标跟踪子模块131c。其中:
[0040]目标检测子模块131a用于检测宏观数据采集模块110采集到的视频中的运动目标。
[0041]具体的，该子模块首先通过高斯模型对背景进行建模。高斯背景模型(GaussianBackground Model)的基本思想是:将图像中每一个像素点的颜色只看成一个随机过程,并假设该点的某一灰度值出现的概率服从高斯分布。令I (X，y, t)表示像素点(X，y，t)在t时刻的像素值，则有:
I(x-巧 T
[0042]P( I (.Y..}..1)) = //(.V, U1 ,σ,)=.——c 2rT'(I)
-Sjlnaj
[0043]其中ut和ot分别为t时刻像素点(X，y)灰度I分布的期望值和标准差。初始时刻的期望值和偏差分别为UtlU, y) =I (x, y, O)和σ 0。
[0044]那么t时刻的像素值I (X，y, t),通过公式(2)来区分背景和前景,其中output为输出图像:
【权利要求】
1.枪机-球机混合视频监控的结构化描述装置，其特征在于，所述装置首先通过枪机摄像机获取的全局图像建立大视野的背景模型，从而实现前景目标的检测，进而再实现球形摄像机下复杂场景中对目标的鲁棒性追踪和结构化描述。
2.根据权利要求1所述的枪机-球机混合视频监控的结构化描述装置，其特征在于，所述描述装置包括: 宏观数据采集模块，所述宏观数据采集模块通过枪型摄像机采集全局的视频数据； 局部数据采集模块，所述局部数据采集模块通过球形摄像机采集检测到目标的高清视频数据； 数据处理和控制模块，所述数据处理和控制模块处理宏观数据采集模块和局部数据采集模块采集到的视频数据，并根据处理结果控制局部数据采集模块对目标进行跟踪。
3.根据权利要求2所述的枪机-球机混合视频监控的结构化描述装置，其特征在于，所述数据处理和控制模块具体包括数据处理模块和控制模块，所述数据处理模块通过对宏观数据采集模块采集的全局视频图像进行背景建模，检测出前景目标，计算目标的位置和宏观特征；所述控制模块根据目标的位置和宏观特征控制局部数据采集模块采集目标高清视频，再由数据处理模块通过该高清视频计算目标细化特征。
4.根据权利要求2或3所述的枪机-球机混合视频监控的结构化描述装置，其特征在于，所述数据处理中引入特征更新机制，实现追踪器的在线学习，通过设定更新阀值来设定特征更新的时刻，基于该机理可以实现目标的多姿态鲁棒追踪。
5.根据权利要求4所述的枪机-球机混合视频监控的结构化描述装置，其特征在于，所述数据处理模块具体包括目标检测子模块、特征计算子模块以及目标跟踪子模块，其中: 目标检测子模块，用于检测宏观数据采集模块采集到的视频中的运动目标； 特征计算子模块，用于计算目标的宏观特征和细化特征； 目标跟踪子模块，用于对当前帧进行局部采样，通过相似测度实现模板和样本的特征匹配，实现目标跟踪。
6.一种枪机-球机混合视频监控的结构化描述系统，所述描述系统包括服务器，其特征在于，所述系统还包括若干权利要求1至5中任一项所述的枪机-球机混合视频监控的结构化描述装置，所述若干枪机-球机混合视频监控的结构化描述通过网络连接至服务器，将描述装置采集到的视频以及分析结果通过网络传输汇总到服务器，由此实现对视频的调阅、下载、目标检索。
【文档编号】G06K9/46GK103888731SQ201410110893
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】胡传平, 梅林 , 谭懿先, 唐亚哲, 尚岩峰, 刘娜, 宋蕾 申请人:公安部第三研究所