专利名称：一种基于视觉图像的监控装置和监控方法
技术领域：
本发明属于安防和智能交通领域，具体涉及ー种基于视觉图像的监控装置和监控方法。
背景技术：
随着我国社会的高速发展，安防和交通问题日益显著，这对人们的出行，甚至生命安全都产生了极大的影响。基于视觉图像的监控装置，以独特的优势，得到了很广的应用，例如安装在道路上监控是否有车辆等越、压了双黄线违规行驶，是否有车辆等骑在了停车线上，亦或是监控是否有车辆等停在了禁停区域。针对某些应用场景，例如在高速公路收费站，既要监控是否有 车辆越、压了道路中间的双黄线违规行驶，又要监控距离收费站一定距离处是否有车辆违规停车，并且还需要对那些违规的车辆进行抓拍取证，同时需要保证获得的取证图像或是视频是清晰的。然而，现有的监控装置的工作模式比较单一，一套监控装置不能同时满足上述多种要求，不能同时实现上述多种功能，往往需要两套不同的监控装置分别执行各自的功能。所以，现有的监控装置普遍存在着监控范围小、功能単一、针对性差等缺点。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供ー种具有多功能的监控装置和监控方法，根据特定图像目标是否清晰采用不同的工作模式，最终获得含有特定图像目标的清晰特征的图像及录像。为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案一种基于视觉图像的监控装置，其特征在于，包括通过程序控制并能调焦的摄像机，通过自身设有的可控变速电机控制前述摄像机全方位转动的电动云台，用于控制前述摄像机和电动云台并接收和处理前述摄像机和电动云台所反馈的数据信息的监控处理器；前述摄像机、电动云台和监控处理器构成能传递数据信息的有线通讯连接或无线通讯连接。前述的一种基于视觉图像的监控装置，其特征在于，前述电动云台设有用于将摄像机转动信息反馈给前述监控处理器的角度编码器，前述角度编码器与前述监控处理器构成有线通讯连接或无线通讯连接。前述的一种基于视觉图像的监控装置，其特征在于，前述监控处理器包括用于数据信息输入、反馈的人机交互模块，用于控制前述摄像机和电动云台的摄像机控制模块，用于对前述摄像机所获取的图像数据中的目标进行检测的目标检测模块，用于对前述摄像机所获取的视频进行转换以实现后续处理及倒序播放的视频转换模块，用于根据摄像机參数建立图像与实际场景的对应关系的图像标定模块。前述的一种基于视觉图像的监控装置，其特征在于，前述摄像机分辨率在1080X1920以上、可在水平360度、垂直180度范围内转动的高清高速摄像机，前述高清高速摄像机的图像视场为狭长方形并且狭长方形的长边的延伸方向与道路方向一致。前述的装置的监控方法，其特征在于，包括如下步骤一、监控装置初始化(I)通过上述人机交互模块输入用于进行图像标定的初始參数，输入的初始參数包括前述摄像机的安装高度、实际监控范围、处于一般监控状态下时摄像机的光学參数和图像參数，并将前述初始參数保存在监控处理器中；
(2)前述图像标定模块根据前述初始參数建立图像与实际场景的对应关系，设定需要监控的实际目标的參数，參照前述对应关系建立对应到图像中的參数认定条件，符合条件的图像目标即为特定图像目标；(3)前述监控处理器控制前述摄像机开始监控前述实际监控范围，前述实际监控范围内划有判定目标是否违规的实际检测区域，前述实际监控范围对应的图像范围为图像监控范围，前述实际检测区域对应的图像为虚拟检测区域；ニ、图像目标的触发和工作模式的选择当前述监控处理器发现其接收的视频单帧图像中出现前述特定图像目标后，则对已接收的视频进行检测，判断其中是否含有能显示特定图像目标辨识特征的高清晰单帧图片，前述特定图像目标辨识特征是指能够根据特定图像目标的图像辨别其对应的实际目标的物理特征的图像特征；如果不含有，则采用第一取证工作模式；如果含有，则采用第二取证工作模式；三、进行取证，获得并保存取证图像数据信息前述监控处理器和摄像机相配合采用前述第一取证工作模式或第二取证工作模式进行取证处理，获得并保存取证图像数据信
O前述的监控方法，其特征在于，前述第一取证工作模式的具体过程为(I)摄像机通过采集连续的单帧获得当前场景的监控视频；(2)监控处理器每隔一定时间从前述监控视频中获得ー张当前场景的单帧，利用背景差分法检测前述当前场景的单帧中是否有特定图像目标进入虚拟检测区域，如果特定图像目标没有进入前述虚拟检测区域，则前述监控处理器重复步骤(2);如果特定图像目标进入了前述虚拟检测区域，则前述监控处理器开始计时，并进行步骤(3)，该计时时间为特定目标确认时间；(3)监控处理器每隔一定时间从前述监控视频中获得ー张当前场景的单帧，利用背景差分法检测前述单帧中的虚拟检测区域是否还有特定图像目标，如果没有，则前述监控处理器重复步骤(2);如果有，并且前述特定目标确认时间没有达到预先设定的阈值，则重复步骤(3);如果有，并且前述特定目标确认时间达到预先设定的阈值，则前述监控处理器控制前述摄像机对准前述特定目标进行调焦并抓柏。前述的监控方法，其特征在于，前述第二取证工作模式的具体过程为(I)监控处理器控制摄像机对监控区域进行录像，每隔固定时间摄像机切换ー个视频，录制结束的视频作为待处理视频进入步骤(2);
(2)监控处理器对前述待处理视频的单帧中的特定图像目标是否进入前述虚拟检测区域进行检测，如果没有进入，则更换单帧继续进行步骤(2);如果进入了，则监控处理器预测前述特定图像目标到达图像取证位置所需要的时间，该时间为预取证时间，前述图像取证位置为目标取证位置对应图像中的位置，前述目标取证位置为摄像机获得特定目标清晰的取证图像数据信息时特定目标在实际场景中所在的位置，该待处理视频作为取证视频进如步骤(3)；(3)前述监控处理器对前述特定图像目标进行视频测向并开始计时，如果前述特定图像目标向靠近摄像机的方向运动，则前述监控处理器仍以正常顺序读取前述取证视频的单帧；如果向远离摄像机的方向运动，则前述监控处理器开始倒序读取前述取证视频的单帧；(4)监控处理器读取前述取证视频的时间到达前述预取证时间时，保存当前时刻的取证单帧和前述取证视频。
本发明的有益之处在于用户根据需要手动划定虚拟检测区域，具有更广泛的使用范围；在图像监控范围内，针对特定目标所对应的特定图像目标在单帧中是否清晰采用不同的工作模式，最终获得含有特定图像目标的清晰特征的图像及录像。
图I是本发明的一种基于视觉图像的监控装置的ー个具体实施例的安装使用示意图；图2是本发明的一种基于视觉图像的监控装置的ー个具体应用场景的俯视示意图；图3是本发明的一种基于视觉图像的监控方法中标定目标距摄像机的真实水平距离和真实大小的标定示意图；图4是本发明的一种基于视觉图像的监控方法的ー个具体实施例中两种工作模式的主流程示意图；图5是图4中第二种工作模式的具体流程示意图；图中附图标记的含义I-摄像机，2-电动云台，3-监控处理器，4-第一检测区域，5-第二检测区域，6_图像取证位置。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。參照图1，本发明的一种基于视觉图像的监控装置，包括摄像机I、电动云台2和监控处理器3，彼此之间构成能传递数据信息的有线通讯连接或无线通讯连接。摄像机I用于采集图像，通过程序控制并能够调焦以获得清晰的图像，图像以有线通讯方式或无线通讯方式传递给监控处理器3。作为ー种优选的方案，摄像机I为具有电动三可变镜头的摄像机。作为ー种优选的方案，为能够抓拍和录制出高清晰的图像，摄像机I为分辨率在1920X1080以上，并且在水平360°、竖直180°范围内均可做变速转动的高清高速摄像机。当需要监控的区域长度与宽度的比值较大时，作为ー种优选的方案，摄像机I的图像视场为狭长方形，并且狭长方形的长边的延伸方向与道路方向一致，不仅扩大了监控范围，而且对于道路以外不需要监控的区域摄像机I采集不到图像，所以也节省了监控处理器3处理图像数据信息的时间，提高了运算效率。电动云台2(未图示)控制摄像机I全方位转动，自身设有可控变速电机(未图示)。作为ー种优选的方案，电动云台2设有角度编码器(未图示)，角度编码器与监控处理器3构成有线通讯连接或无线通讯连接，用于将摄像机I转动信息反馈给监控处理器3。具有可控变速电机和角度编码器的电动云台2，保证了摄像机I不会因转角小、转速慢而错过抓拍目标。监控处理器3通过有线通讯方式或无线通讯方式接收摄像机I和电动云台2反馈 的数据信息，并对反馈的数据信息进行处理，根据处理结果控制摄像机I和电动云台2的后续动作。作为ー种优选的方案，监控处理器3包括人机交互模块、摄像机控制模块、目标检测模块、视频转换模块和图像标定模块。人机交互模块用于数据信息的输入与反馈并将数据信息保存在监控处理器中，数据信息包括摄像机I的安装高度、实际监控范围、处于一般监控状态下时摄像机I的光学參数和图像參数，例如摄像机I的焦距、CXD的像元尺寸等。摄像机控制模块根据监控处理器I对数据信息处理的结果控制摄像机I和电动云台2的工作。目标检测模块对摄像机I所获得的图像数据中的目标进行检测，也就是检测图像中是否有目标出现。视频转换模块对摄像机I所获取的视频进行转换以实现方便后续处理及倒序播放，主要体现在缩小摄像机I所获得的视频中的关键帧之间的间隔、对视频进行倒序播放，关键帧是指被目标检测模块检测为含有特定图像目标的帧。图像标定模块根据摄像机I的參数建立图像与实际场景的对应关系的，參数包括摄像机I的安装高度、实际监控范围、处于一般监控状态下时摄像机I的光学參数和图像參数等，通过图像与实际场景的对应关系，对图像数据进行处理后便可以得到实际场景中的目标的特征信息，例如特定目标所在的位置、某一位置目标的大小。利用上述的监控装置进行监控，为了便于理解，參照图2，以监控装置应用在高速公路收费站为例进行说明，监控方法详述如下当监控设备安装完毕并通电后，用户通过点击监控处理器的操作面板(未图示)上的“标定信息”功能按钮，将摄像机I的焦距、视场角、CXD的像元尺寸、安装高度、实际监控范围等标定信息通过人机交互模块保存在监控处理器3中，作为监控处理器3分析、判断图像与实际场景的大小对应关系的基础；用户通过点击操作面板上的“检测区域”功能按钮，根据不同的监控需要在图像的画面上用鼠标画出待检测的虚拟检测区域，该虚拟检测区域与实际场景中的实际被检区域相对应，在本实施例中，实际被检区域为高速公路收费站近处的道路中间的双黄线和收费站一定距离以外的设在道路两旁的车辆禁停区域，分别记作第一检测区域4、第二检测区域5，在图像中分别对应有第一虚拟检测区域、第二虚拟检测区域，人机交互模块保存划定的第一虚拟检测区域和第二虚拟检测区域，等待被监控处理器3在后续的处理过程中调用。然后，监控处理器3中的图像标定模块根据保存在人机交互模块中的參数建立图像与实际场景的对应关系，參照图3，具体计算方法如下假设摄像机I的视场角为Θ fOT、焦距为f、安装高度为h、CXD的像元尺寸为I。设摄像机I所在的竖直线与地面相交于一点P，a'为目标在地面上的位置，b'、ど为地面与视场边缘相交的两点，b'到P点的距离小于ど到P点的距离，a'与摄像机I的水平距离为Lpa,,点a'、b'和c'在(XD所成图像上对应的像素位置分别为a、b和c, oo'为摄像机I的光轴，则根据上述数据信息可得到实际场景中目标所在的位置点a'与摄像机I的水平距离Lpa,
权利要求
1.一种基于视觉图像的监控装置，其特征在于，包括 通过程序控制并能调焦的摄像机， 通过自身设有的可控变速电机控制上述摄像机全方位转动的电动云台， 用于控制上述摄像机和电动云台并接收和处理上述摄像机和电动云台所反馈的数据信息的监控处理器； 上述摄像机、电动云台和监控处理器构成能传递数据信息的有线通讯连接或无线通讯连接。
2.根据权利要求I所述的ー种基于视觉图像的监控装置，其特征在于，上述电动云台设有用于将摄像机转动信息反馈给上述监控处理器的角度编码器，上述角度编码器与上述监控处理器构成有线通讯连接或无线通讯连接。
3.根据权利要求I所述的ー种基于视觉图像的监控装置，其特征在于，上述监控处理器包括 用于数据信息输入、反馈的人机交互模块， 用于控制上述摄像机和电动云台的摄像机控制模块， 用于对上述摄像机所获取的图像数据中的目标进行检测的目标检测模块， 用于对上述摄像机所获取的视频进行转换以实现后续处理及倒序播放的视频转换模块， 用于根据摄像机參数建立图像与实际场景的对应关系的图像标定模块。
4.根据权利要求I至权利要求3任意一项权利要求所述的ー种基于视觉图像的监控装置，其特征在于，上述摄像机为分辨率在1080X1920以上、可在水平360度、垂直180度范围内转动的高清高速摄像机，上述高清高速摄像机的图像视场为狭长方形并且狭长方形的长边的延伸方向与道路方向一致。
5.利用如权利要求I所述的装置的监控方法，其特征在于，包括如下步骤 一、监控装置初始化 (1)通过上述人机交互模块输入用于进行图像标定的初始參数，输入的初始參数包括上述摄像机的安装高度、实际监控范围、处于一般监控状态下时摄像机的光学參数和图像參数，并将上述初始參数保存在监控处理器中； (2)上述图像标定模块根据上述初始參数建立图像与实际场景的对应关系，设定需要监控的实际目标的參数，參照上述对应关系建立对应到图像中的參数认定条件，符合条件的图像目标即为特定图像目标； (3)上述监控处理器控制上述摄像机开始监控上述实际监控范围，上述实际监控范围内划有判定目标是否违规的实际检测区域，上述实际监控范围对应的图像范围为图像监控范围，上述实际检测区域对应的图像为虚拟检测区域； ニ、图像目标的触发和工作模式的选择当上述监控处理器发现其接收的视频单帧图像中出现上述特定图像目标后，则对已接收的视频进行检测，判断其中是否含有能显示特定图像目标辨识特征的高清晰单帧图片，上述特定图像目标辨识特征是指能够根据特定图像目标的图像辨别其对应的实际目标的物理特征的图像特征；如果不含有，则采用第一取证工作模式；如果含有，则采用第二取证工作模式； 三、进行取证，获得并保存取证图像数据信息上述监控处理器和摄像机相配合采用上述第一取证工作模式或第二取证工作模式进行取证处理，获得并保存取证图像数据信息。
6.根据权利要求5所述的监控方法，其特征在于，上述第一取证工作模式的具体过程为 (1)摄像机通过采集连续的单帧获得当前场景的监控视频； (2)监控处理器每隔一定时间从上述监控视频中获得ー张当前场景的单帧，利用背景差分法检测上述当前场景的单帧中是否有特定图像目标进入虚拟检测区域，如果特定图像目标没有进入上述虚拟检测区域，则上述监控处理器重复步骤(2);如果特定图像目标进入了上述虚拟检测区域，则上述监控处理器开始计时，并进行步骤(3)，该计时时间为特定目标确认时间； (3)监控处理器每隔一定时间从上述监控视频中获得ー张当前场景的单帧，利用背景差分法检测上述单帧中的虚拟检测区域是否还有特定图像目标，如果没有，则上述监控处理器重复步骤(2);如果有，并且上述特定目标确认时间没有达到预先设定的阈值，则重复步骤(3);如果有，并且上述特定目标确认时间达到预先设定的阈值，则上述监控处理器控制上述摄像机对准上述特定目标进行调焦并抓柏。
7.根据权利要求5所述的监控方法，其特征在于，上述第二取证工作模式的具体过程为 (1)监控处理器控制摄像机对监控区域进行录像，每隔固定时间摄像机切换ー个视频，录制结束的视频作为待处理视频进入步骤(2)； (2)监控处理器对上述待处理视频的单帧中的特定图像目标是否进入上述虚拟检测区域进行检测，如果没有进入，则更换单帧继续进行步骤(2);如果进入了，则监控处理器预测上述特定图像目标到达图像取证位置所需要的时间，该时间为预取证时间，上述图像取证位置为目标取证位置对应图像中的位置，上述目标取证位置为摄像机获得特定目标清晰的取证图像数据信息时特定目标在实际场景中所在的位置，该待处理视频作为取证视频进如步骤(3)； (3)上述监控处理器对上述特定图像目标进行视频测向并开始计时，如果上述特定图像目标向靠近摄像机的方向运动，则上述监控处理器仍以正常顺序读取上述取证视频的单帧；如果向远离摄像机的方向运动，则上述监控处理器开始倒序读取上述取证视频的单帧； (4)监控处理器读取上述取证视频的时间到达上述预取证时间时，保存当前时刻的取证单帧和上述取证视频。
全文摘要
本发明公开了一种基于视觉图像的监控装置和监控方法，装置包括可调焦的摄像机、控制摄像机全方位转动的电动云台、控制摄像机和电动云台并接收和处理摄像机和电动云台所反馈的数据信息的监控处理器，监控处理器包括人机交互模块、摄像机控制模块、目标检测模块、图像标定模块和视频转换模块。应用该装置监控特定目标的方法包括两种工作模式全景监控视频中目标的图像不清晰时，监控系统采用实时监视、检测、跟踪并自动调焦抓拍目标的高清晰图像；全景监控视频中目标的图像高清晰时，采用先录像后分析的方法进行监控，视频可倒序播放，不同的情况采取不同的工作模式，保证最终获得含有特定图像目标的清晰特征的图像及录像。
文档编号H04N7/18GK102693632SQ20121012792
公开日2012年9月26日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者吕温, 徐贵力, 李旭, 杨小伟 申请人:徐贵力