CN100446568C - 视频监控设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视频监控设备及方法，所述设备包括：视频采集单元，用于采集视频数据，获取实时视频监控图像；系统控制单元，用于向设备的其他单元发送控制命令；图像抓拍及处理单元，用于根据系统控制单元下发的抓拍策略对视频采集单元获取的实时视频监控图像进行抓拍和编码处理；网络传送单元，用于根据系统控制单元的命令将图像抓拍及处理单元处理后的视频数据传送到网络中。利用本发明，不仅可以保证抓拍图像的质量，而且还可以对抓拍后的图像及实时视频数据流集中存储和管理。

Description

视频监控设备及方法

技术领域

本发明视频监控技术领域，具体涉及一种视频监控设备及方法。

背景技术

视频监控是安防系统的重要组成部分，通过视频监控可以有效地减少社会维护治安的成本，并可以减少人为干扰的因素，极大地提高监控和治安的效率。随着通信技术和数字技术的发展，视频监控产业也发生着变革，视频监控技术发展经历了模拟监控、数字监控，目前正处于从传统的DVR(Digital VideoRecorder，数字视频录像机)方式向网络监控系统发展的过渡阶段。视频监控系统的前端视频采集、视频传输、视频记录、控制、显示等技术都处于快速发展之中，日益增长的需求也为视频监控技术的发展带来了新的机遇和挑战。

当前视频监控安防系统的发展趋势主要表现为：1、数字化、网络化、智能化、集成化；2、逐步建立健全安防科技创新体系；3、大力发展4C技术(通信/计算机/控制/多媒体显示技术)并结合智能建筑系统和智能运输系统；4、网络技术与多种安防技术实施集成；5、创建并完善各级综合安全服务网、社会治安动态监测体系、城市预警体系和平安城市建设。

视频监控系统主要有快速抓拍、实时存储、轮巡监视、预案管理和报警联动输出等功能。目前，视频监控系统中应用的抓拍技术主要分为两类：一类是采用感应线圈等外部触发机制控制摄像机进行抓拍；另外一类是根据运动检测技术将摄像机拍摄的图像从存储硬盘中取出来进行分析，或者是基于图像运动检测技术的一种测量物体运动速度的应用(主要用于交通测速)。

采用继电器感应控制相机快门进行抓拍的方案专用性比较强，一般需要采用专用电路进行控制，并需要将感应器件放置到应用环境中。这种方式主要适用于速度变化比较快的抓拍系统，因而主要应用于交通管理系统内的超速抓拍。这种抓拍方式需要基于专门的数码像机，所以抓拍图像和视频监控图像是分离的，抓拍图像也不能实时进行回放和集中存储，且系统往往需要埋设感应线圈等其它辅助设施，成本比较高。

第二种根据运动检测技术进行抓拍的方案是在传统视频监控系统上的一种应用，利用软件来实现。该方案主要针对DVR实时播放的视频图像进行抓拍转化为静态图片，或将DVR硬盘内存储的视频录像调出来进行解码播放，根据需要抓拍转化为静态图片。采用这种方案抓拍的图像往往已经经过编码器压缩，在图像逼真度上有一定的损失。当图像变化比较快时，抓拍的静态图片质量较差。而且这种传统视频监控系统往往是一种固定式摄像头，只能捕获固定范围内的图像变化，不能对移动物体进行跟踪抓拍；或者需要在人为干涉下控制(通过监控人员)摄像头转动，因此不适用于大规模监控系统的实时监控。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种视频监控设备，以解决现有技术中基于专门的数码像机进行实时抓拍的方式使得抓拍图像和视频监控图像相分离、以及利用运动检测技术进行抓拍的方式使得图像质量较差的问题，保证抓拍图像质量并方便管理抓拍后的图像。

本发明的另一个目的是提供一种视频监控方法，以实现对移动物体的实时抓拍，并保证图像的质量，简化对抓拍后图像的管理。

为此，本发明提供如下的技术方案：

一种视频监控设备，所述设备包括：

视频采集单元，用于采集视频数据，获取实时视频监控图像；

系统控制单元，用于向设备的其他单元发送控制命令；

运动检测单元，分别与视频采集单元和图像抓拍及处理单元相连，用于根据系统控制单元的命令对视频采集单元获取的实时视频监控图像进行运动评估和检测，并将检测结果发送给系统控制单元；

视频采集控制单元，用于根据系统控制单元的命令控制视频采集单元对视频的采集和输入；

图像抓拍及处理单元，用于根据系统控制单元下发的抓拍策略对视频采集单元获取的实时视频监控图像进行抓拍和编码处理；

网络传送单元，用于根据系统控制单元的命令将图像抓拍及处理单元处理后的视频数据传送到网络中。

所述视频采集单元包括：

摄像头，用于获取监测对象的实时视频监控图像；

云台，与视频采集控制单元相连，用于固定摄像头，并根据视频采集控制单元的控制自动调整摄像头的角度。

优选地，所述设备还包括：

用户接口单元，与所述系统控制单元相连，用于输入用户指令，设定抓拍策略及监控参数。

所述网络传送单元通过组播或单播方式将图像抓拍及处理单元处理后的视频数据发送到网络存储设备中。

优选地，所述网络传送单元集成有因特网小型计算机系统接口，并利用该接口与所述网络存储设备进行数据交互。

一种视频监控方法，所述方法包括步骤：

A、获取实时视频监控图像；

B、对视频采集单元获取的当前图像进行运动评估和检测，并根据检测结果调整获取实时视频监控图像的方式；

C、根据预定的抓拍策略对所述实时视频监控图像进行抓拍和编码处理；

D、将抓拍的图片及编码后的实时视频监控图像发送到网络中。

可选地，所述预定的抓拍策略包括：

根据跟踪物体大小变化进行动态图像锁定；和/或

捕获扫描区域内的敏感区；和/或

捕获并锁定扫描区域内的第二者移动物体；和/或

选定锁定扫描区域内的多个移动物体。

可选地，所述步骤D具体为：

通过组播或单播方式将抓拍的图片及编码后的实时视频监控图像发送到网络存储设备中。

由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明针对安防应用中对监控对象进行实时抓拍的需求，本发明视频监控设备首先由视频采集单元采集视频数据，获取实时视频监控图像，然后由图像抓拍及处理单元根据预定的抓拍策略对该实时视频监控图像进行抓拍和编码处理，实现了视频监控编码器内完成抓拍的功能。由于本发明采用未经编码处理的原始视频监控图像进行抓拍，从而保证了抓拍图像的质量。更进一步，在对原始视频监控图像进行抓拍前，对其进行运动评估和检测，并根据检测结果控制视频采集单元中的相关部件进行抓拍和跟踪处理，以捕获并锁定更为清晰的监控对象，提高监控效果。另一方面，本发明还利用网络视频监控编码器的特点，将抓拍后的图像及编码后的数据保存到网络存储设备中，实现了集中存储和管理。

本发明不仅可以应用于社会治安动态监控、城市预警等系统，而且也可以应用于交通管理系统中，使其不需要埋设感应线圈等其它辅助设施，降低成本。

附图说明

图1是本发明设备第一实施例的原理框图；

图2本发明设备第二实施例的原理框图；

图3是是本发明方法的一个优选实施例的实现流程图。

具体实施方式

本发明的核心是由视频采集单元采集视频数据，获取实时视频监控图像，然后由图像抓拍及处理单元根据预定的抓拍策略对该实时视频监控图像进行抓拍和编码处理，实现视频监控编码器内完成抓拍的功能。更进一步，在对原始视频监控图像进行抓拍前，对其进行运动评估和检测，并根据检测结果控制视频采集单元中的相关部件进行抓拍和跟踪处理，以捕获并锁定更为清晰的监控对象，提高监控效果。另外，本发明还利用网络视频监控编码器的特点，将抓拍后的图像及编码后的数据保存到网络存储设备中，对其进行集中存储和管理。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参照图1，图1示出了本发明设备第一实施例的原理框图：

该设备包括：视频采集单元S01、图像抓拍及处理单元S02、网络传送单元S03、系统控制单元S04、用户接口单元S05。

其中，系统控制单元S04用于向设备的其他单元发送控制命令；用户接口单元S05与系统控制单元S04相连，用于输入用户指令，设定抓拍策略及监控参数；视频采集单元S0I用于采集视频数据，获取实时视频监控图像；图像抓拍及处理单元S03用于根据系统控制单元下发的抓拍策略对视频采集单元获取的实时视频监控图像进行抓拍和编码处理；存储单元S03用于存储图像处理及运动检测单元抓拍的图片及编码后的实时视频监控图像。

系统控制单元S04是本发明视频监控设备的核心控制部件，连接着视频监控设备的各主要部件。用户通过用户接口输入指令，通过系统控制单元向终端设备的其它单元发送控制命令和配置命令，比如，向图像抓拍及处理单元S02发送抓拍策略等。当然，在不需要经常进行人工设置及调整的监控环境中，也可以不设置用户接口，而是将这些命令存储到系统控制单元S04中，使其按照固定的方式控制设备中的其它单元。

视频采集单元包括摄像头及云台等常用部件，对监控区域内的视频信号进行数据采集、A/D转换等处理。从视频采集单元获得的数据是未经编码的原始数据，因此比经过图像处理编码后得到的数据更逼真。

因此，本发明设备将视频采集输入单元输出的原始视频数据进行缓存，由图像抓拍及处理单元S02根据系统控制单元S04下发的抓拍策略对这些原始视频数据形成的图像进行抓拍，当图像变化满足抓拍策略要求时将原始的图像保存下来。抓拍策略可以是以下的一种或多种组合：

根据跟踪物体大小变化进行动态图像锁定；捕获扫描区域内的敏感区；捕获并锁定扫描区域内的第二者移动物体；选定锁定扫描区域内的多个移动物体等。

图像抓拍及处理单元S02同时还需要对原始视频数据进行编码处理，也就是说，其输出的数据不仅包括抓拍后的图片的数据流，而且还包括实时的监控视频数据流。这些数据流通过网络传送单元S03发送到网络存储设备S10中。

网络传送单元S03用来实现视频数据的网络传输和存储，与传统视频监控的DVR不同，该单元将视频数据通过组播或单播等方式进行发送和接收，比如，进行实时播放，或者发送到网络存储设备中进行存储。同时，该单元还集成有iSCSI(Internet Small Computer System Interface，一种基于因特网的SCSI传输协议)模块，通过iSCSI协议对视频数据在IP网络存储系统进行存储和读取，同时还可以接收网管设备的控制命令。

本技术领域人员知道，iSCSI协议是当前最热的网络存储协议，可以解决SCSI协议在连接的设备数目和连接距离方面的限制。用户可以像使用本地的硬盘一样访问网络上任何位置的存储资源，也可以将原有的旧的分散的存储资源整合成一个大的存储池。随着存储应用的增长，存储网络往往需要跨越很远的距离，由于iSCSI在流量拥塞控制机制、发现和地址机制、超时重发机制、安全机制等方面的优势，它可以很好地适用于在安防系统中对视频监控数据的存储。

可见，本发明视频监控设备不仅保证了抓拍图像的质量，而且还可以将抓拍后的图像保存到网络存储设备中，方便了这些资料的存储和管理。

为了更好地跟踪监视对象，并得到更清晰的视频图像。还可以在本发明视频监控设备中设置运动检测单元和视频采集控制单元。

如图2所示本发明设备第二实施例的原理框图：

其中，运动检测单元S06分别与视频采集单元S01和图像抓拍及处理单元S02相连，用于根据系统控制单元S04的命令对视频采集单元获取的实时视频监控图像进行运动评估和检测，并将检测结果发送给系统控制单元。比如，在设备应用过程中，用户通过系统控制单元设置自己感兴趣和敏感的监控区域，以及调节进行运动检测的一些阈值。运动检测单元S06根据用户输入的这些关键监控参数对监控区域进行监控和跟踪。用户可以设置多个监控敏感区，对于进入这些区域的运动物体，运动检测单元S06会通过一定的运动检测方法进行监测和评估，然后将这些检测结果返回给系统控制单元。

视频采集控制单元S07分别与视频采集单元S01和系统控制单元S04相连，用于根据系统控制单元的命令控制视频采集单元对视频的采集和输入。系统控制单元S04可以根据运动检测单元S06返回的检测结果向视频采集控制单元S07发出相应的控制命令，视频采集控制单元S07根据这些命令对视频采集单元S01中的相关部件进行控制。

前面提到，视频采集单元包括摄像头、闪光灯及云台等常用部件，对监控区域内的视频信号进行数据采集、A/D转换等处理。云台是安装、固定摄像头的支撑设备，通常分为固定和电动云台两种。固定云台适用于监视范围不大的情况，在固定云台上安装好摄像头后可调整摄像头的水平和俯仰的角度；电动云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像头的监视范围。电动云台通常由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位。在控制信号的作用下，云台上的摄像头既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。

在本发明设备中，视频采集控制单元S07根据系统控制单元S04的命令，可以对摄像头进行调焦或者自动移动云台等控制，从而使其对监控对象进行细节扫描。比如，根据高优先级监控目标运动速度及运动方向调整云台运动及姿态，根据其距离远近及监控优先级进行聚焦等。

运动检测单元S06可以根据调焦后图像的变化进一步判断移动物体和监控区域的相对关系(例如，是刚刚进入还是正在离开)，系统控制单元根据该检测结果调整抓拍策略，比如对于刚刚进入的目标可以采取聚焦及跟踪抓拍；而对于正在离开的目标则采取降低监控优先级、放弃跟踪等。

可以将本发明设备应用于社会治安动态监控、城市预警、交通管理等系统中。

参照图3，图3示出了本发明方法的一个优选实施例的流程图，包括以下步骤：

步骤301：获取实时视频监控图像。

步骤302：对当前图像进行运动评估和检测。

比如，可以采用背景减除(Background Subtraction)和时间差分(TemporalDifference)方法对运动对象进行检测。将原始模拟视频信号经视频采集单元A/D转换为ITU 656标准(国际电信联盟关于光纤、电缆等宽带上数字信号传输接口的一些建议标准)的YUV(图像象素空间的另一种表示方法，YCbCr，亮度分量Y和色度分量Cb、Cr，由于人眼对于亮度分量Y比较敏感，所以常使用该象素空间的Y来进行运动检测和运动估计等，适合图像压缩及网络传输)格式，检测主要对人眼感觉最敏感的亮度分量(Y)进行处理。对时刻T时检测区域内的每个象素点(x，y)和背景检测区域对应T_i象素点进行取差：

Mx，y(T_i-T)＝|Yx，y(T)-Yx，y(T_i)|               (1)

其中，Yx，y(T)为T时刻象素点(x，y)的亮度分量值(Y)，Yx，y(T_i)为T_i时刻象素点(x，y)的亮度分量值(Y)。

则整个检测区域D内T到T_i时刻的差值为：

M_D(T_i-T)＝∑_{(v(x，y)∈D)}Mx，y(T_i-T)             (2)

如果M_D(T_i-T)＞F，其中F为预定义的检测阈值(可由管理员进行定义调节)，则向系统发出运动检测超过阈值的警告。

运动评估也是运动估计。目前常用运动评估的方法有全局运动估计、基于象素点的运动估计、基于块的运动估计和基于区域的运动估计。块匹配运动估计因算法简单、便于硬件实现得到广泛应用。

根据运动估计的运动向量Mv(u，v)进行判断，如果运动向量超过预设置的检测区域D，则可以通过向云台发送运动指令进行控制。具体运动参数可以根据运动向量Mv(u，v)及图像帧之间的时间差值(T_i-T)进行计算，运动方向也可以由运动向量Mv(u，v)来确定。从而达到自动跟踪抓拍的效果。

步骤303：判断运动检测结果是否超过设定的阈值。如果超过，则进到步骤304；否则，进到步骤310。

步骤304：选择适用的抓拍策略。

前面提到，抓拍策略可以是以下的一种或多种组合：

根据跟踪物体大小变化进行动态图像锁定；捕获扫描区域内的敏感区；捕获并锁定扫描区域内的第二者移动物体；选定锁定扫描区域内的多个移动物体等。可以根据应用环境来选用，而且可以在监控过程中进行选择。

步骤305：根据选择的监控策略判断是否需要抓拍。如果需要，则进到步骤306；否则，进到步骤309。

步骤306：对运动评估和检测结果做进一步分处理和分析。

因为一旦满足抓拍条件，需要监控设备快速锁定监控对象。但为了得到更好的图像质量，还可以对运动评估和检测结果做进一步分处理和分析，以获得更好的抓拍参数，比如，摄像头的角度、焦距等参数。

步骤307：判断是否需要调整云台、焦距等动态抓拍参数。如果需要，则进到步骤308；否则，进到步骤309。

步骤308：调整动态抓拍参数。然后，进到步骤309。

步骤309：对缓存中的原始图像数据进行特殊处理，也就是说，抓拍所需的监控图像。

步骤310：对缓存中的原始图像数据进行常规编码处理，并进行网络存储等后续流程。然后，返回步骤301，继续对监控对象进行实时监控。

可以将编码后的视频数据以及抓拍的图像数据分别通过组播或单播等方式发送到网络中，进行实时播放或者存储。而且还可以通过iSCSI协议与网络存储设备进行交互，读取存储的这些资料。

可见，利用本发明，不仅可以保证抓拍图像的质量，而且还可以对抓拍后的图像及实时视频数据流集中存储和管理。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (8)

1、一种视频监控设备，其特征在于，所述设备包括：

视频采集单元，用于采集视频数据，获取实时视频监控图像；

系统控制单元，用于向设备的其他单元发送控制命令；

运动检测单元，分别与视频采集单元和图像抓拍及处理单元相连，用于根据系统控制单元的命令对视频采集单元获取的实时视频监控图像进行运动评估和检测，并将检测结果发送给系统控制单元；

视频采集控制单元，用于根据系统控制单元的命令控制视频采集单元对视频的采集和输入；

图像抓拍及处理单元，用于根据系统控制单元下发的抓拍策略对视频采集单元获取的实时视频监控图像进行抓拍和编码处理；网络传送单元，用于根据系统控制单元的命令将图像抓拍及处理单元处理后的视频数据传送到网络中。

2、根据权利要求1所述的视频监控设备，其特征在于，所述视频采集单元包括：

摄像头，用于获取监测对象的实时视频监控图像；

云台，与视频采集控制单元相连，用于固定摄像头，并根据视频采集控制单元的控制自动调整摄像头的角度。

3、根据权利要求1所述的视频监控设备，其特征在于，所述设备还包括：

用户接口单元，与所述系统控制单元相连，用于输入用户指令，设定抓拍策略及监控参数。

4、根据权利要求1所述的视频监控设备，其特征在于，

所述网络传送单元通过组播或单播方式将图像抓拍及处理单元处理后的视频数据发送到网络存储设备中。

5、根据权利要求4所述的视频监控设备，其特征在于，所述网络传送单元集成有因特网小型计算机系统接口，并利用该接口与所述网络存储设备进行数据交互。

6、一种视频监控方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

A、获取实时视频监控图像；

B、对视频采集单元获取的当前图像进行运动评估和检测，并根据检测结果调整获取实时视频监控图像的方式；

C、根据预定的抓拍策略对所述实时视频监控图像进行抓拍和编码处理；

D、将抓拍的图片及编码后的实时视频监控图像发送到网络中。

7、根据权利要求6所述的视频监控方法，其特征在于，所述预定的抓拍策略包括：

根据跟踪物体大小变化进行动态图像锁定；和/或

捕获扫描区域内的敏感区；和/或

捕获并锁定扫描区域内的第二者移动物体；和/或

选定锁定扫描区域内的多个移动物体。

8、根据权利要求6所述的视频监控方法，其特征在于，所述步骤D具体为：

通过组播或单播方式将抓拍的图片及编码后的实时视频监控图像发送到网络存储设备中。

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