CN101720031A - 一种基于差分法的室内视频监控及报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于差分法的室内视频监控及报警方法，属于安保监控技术领域。首先采集一幅正常状态下的图像作为背景图像；然后每间隔一段时间拍摄一张图像，并计算该图像与背景图像对应点像素值之差的绝对值，得到差分图像；之后，对差分图像各像素点进行扫描，若某个像素点的像素值大于0，说明此处像素值与背景图像中对应点的像素值相比发生了显著变化，若发生变化的像素点总数n≥事先设定的阈值K，说明该时刻下室内情况异常，此时进行录像，并将视频保存在监控计算机中，并向用户发出报警信息；否则不进行录像，继续进行下一时刻的图像拍摄与处理过程。本方法无需用户时刻关注屏幕，节省了计算机存储空间，能够将报警信息更快发送给用户。

Description

一种基于差分法的室内视频监控及报警方法

技术领域

本发明涉及一种室内监控及报警方法，属于安保监控技术领域。

背景技术

随着社会信息化水平和人们安全意识的提高，以及电子计算机、摄像头、监视器等电子产品价格的下降，特别是计算机互联网的普及使用，不少家庭或单位出于防盗等目的，开始装备室内监控系统，以便当家里或者重要的办公场所无人时起到安保作用。

目前基于视频的室内监控系统中，绝大多数是通过在适当位置处安装摄像头，并通过有线或无线方式与计算机相连，将拍摄到的视频图像存入计算机，可通过互联网传送到远程终端上(如监控者所在位置的计算机或者手机)。例如，中国专利200510018204.9中公布了一种基于无线局域网的家庭智能数字监控系统，中国专利03121934.9和03124212.X各公布了一种远程无线监控系统及其方法，中国专利200810041946.7公布了一种家庭智能监控系统及其监控方法。上述这些系统都采用了拍摄、存储、发送视频图像的功能。

但是，现有的这些监控系统都存在图像存储和传输量大、报警不及时的问题。因为这些系统都要求用户在工作或者忙于其他事情时，要不断地关注计算机或者手机的屏幕。而实际上用户很难一直在屏幕前收看视频信息。如果当用户离开屏幕时恰好有人非法闯入，此时就不能及时提醒用户，也就不能及时地采取相应的处理措施。另外，在日常情况下，室内环境是相对平静的，只有在少数情况下罪犯闯入的事情才可能发生，如果一直连续不停的拍摄和存储视频数据，对存储空间的需求就很高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种新的对存储空间要求低、报警及时的基于差分法的室内视频监控及报警方法。

在正常情况下，当室内无人时，摄像设备拍摄的图像不会有很大差别。一旦有人闯入，则这时图像会发生较大的变化。本发明就是根据这个原理，引入差分法，并依据图像像素值发生显著变化的像素点个数多少来判断危险情况是否发生。

本发明所采用的技术方案如下：

步骤一、启动监控摄像设备，先采集一幅正常状态下的图像作为背景图像，并将该图像保存在监控计算机中。采集时，应确保拍摄区域内的场景是正常场景，即没有人、动物或者临时物品等存在。

如果所采用的是彩色摄像设备，在监控计算机中要先对所拍摄的图像进行灰度化处理。因为对于彩色图像，其每个像素点的像素值包含红R、绿G、蓝B三个分量，因此需要先将彩色图像转化为灰度图。由于灰度图的像素值只含一个分量，可以方便后续计算。

所述灰度化处理方法如下：

用C_t表示在时刻t拍摄的彩色图像，并对C_t进行灰度化处理，得到灰度图像G_t。G_t中任意一个像素点的像素值G_t(i，j)满足如下公式：

G_t(i，j)＝0.229R(i，j)+0.587G(i，j)+0.114B(i，j)

其中，(i，j)表示像素点的坐标，R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)分别表示图像C_t中坐标为(i，j)的像素点的红、绿、蓝分量的值。

如果采用的是黑白摄像设备，则得到的就是灰度图，无需进行灰度化处理。

步骤二、每间隔一段时间拍摄一张图像，并将其传送至监控计算机中。其中，拍摄的时间间隔m不宜太久(如超过1分钟)，但也不宜太短(如1秒钟)，优选在3秒-10秒之间选取。该时间间隔能够根据用户实际需要进行调整，且不限于上述范围。同理，如果拍摄的图像是彩色图像，同样要先进行灰度化处理。

步骤三、如果t时刻下拍摄得到的是灰度图像P_t，则直接进行差分计算。如果是彩色图像，则是对灰度化处理后得到的灰度图G_t进行差分计算。

具体计算差分图像I_t的方法是：计算P_t或G_t和背景图像b₀对应像素点的像素值之差的绝对值，即：

I_t(i，j)＝|P_t(i，j)-b₀(i，j)|

I_t(i，j)＝|G_t(i，j)-b₀(i，j)|

其中，b₀表示背景图像，b₀(i，j)表示背景图像在(i，j)处的像素值。

步骤四、对差分图像I_t进行二值化处理。二值化处理是一种将图像中有效点分离出来的方法，二值化处理后的差分图像将变成只有黑白两色的黑白图。具体步骤为：

逐行扫描差分图像I_t中的像素点。若像素点的像素值I_t(i，j)≥Ψ，则将该点的像素值重新赋值为255，否则，将其赋值为0。其中，Ψ为正整数，是一个阈值，取值范围为0＜Ψ＜255。重复此过程，直到差分图像I_t中所有像素点均被重新赋值，得到二值化处理后的差分图像J_t。

步骤五、对二值化处理后得到的差分图像J_t从上到下、从左到右进行扫描，如果其中某个像素点的像素值大于0，则说明此处像素值与背景图像中对应点处的像素值相比发生了显著变化。

J_t中像素值大于0的像素点(也称有效点)的个数n的计算方法如下：

$n=\underset{\begin{array}{c}1\≤i\≤w\\ 1\≤j\≤h\end{array}}{\mathrm{\Σ}}[J_t(i,j)/255]$

其中，J_t(i，j)表示J_t在(i，j)处的像素值，w和h分别表示J_t的宽度和高度。

如果n≥阈值K，则说明情况异常，此时开始录像，将视频保存在监控计算机中，并向用户发出报警信息(例如同时通过手机短信报警和Email电子邮件报警)；如果n＜阈值K，则不进行录像并删除此时刻下拍摄的图像，继续进行下一时刻的图像拍摄与处理过程。

为避免警情误报(例如宠物跑动等)，所述阈值K的选取要根据实际视频图像的大小确定，不能太小。优选的，K≥100。

虽然本发明是针对室内监控提出的，但也可将其应用于其它需要监控报警的场合。

有益效果

本发明方法对比现有技术，以差分法图像计算为基础决定危险是否存在，无需用户时刻关注显示屏幕，这比单纯传输图像、靠用户判断更加人性化。同时，只有当危险情况出现时才启动报警程序，既节省了计算机的存储空间，又能够将报警信息更快地发送给用户。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作详细说明。

实施例

一种基于差分法的室内视频监控及报警方法，其流程如图1所示，具体如下：

步骤一、启动监控摄像设备，先采集一幅正常状态下的图像作为背景图像，并将该图像保存在监控计算机中。采集时，要确保拍摄区域内的场景是正常场景，即没有人、动物或者临时物品存在。

本实施例中，采集的图像大小为320×240。

本实施例采用的是彩色摄像设备，因此，在监控计算机中要对所拍摄的图像进行灰度化处理。因为对于彩色图像，其每个像素点的像素值包含红R、绿G、蓝B三个分量，因此需要先将彩色图像转化为灰度图。灰度图的像素值只含一个分量，可以方便后续计算。所述灰度化处理方法如下：

用C_t表示在时刻t拍摄的彩色图像，对C_t进行灰度化处理，得到灰度图像G_t。G_t中任意一个像素点的像素值G_t(i，j)满足如下公式：

G_t(i，j)＝0.229R(i，j)+0.587G(i，j)+0.114B(i，j)

其中，(i，j)表示像素点的坐标，R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)分别表示图像C_t中坐标为(i，j)的像素点的红、绿、蓝分量的值。

步骤二、每间隔一段时间拍摄一张图像，并将其传送至监控计算机中。其中，拍摄的时间间隔m不宜太久(如超过1分钟)，但也不宜太短(如1秒钟)，优选在3秒-10秒之间选取。该时间间隔可根据用户实际需要进行调整，且不限于上述范围。因为拍摄的图像是彩色图像，要先对获得的图像进行灰度化处理。本实施例中，时间间隔m选用5秒钟。经检验，5秒钟是最佳的时间间隔。

步骤三、对t时刻下拍摄并经灰度化处理后得到的灰度图G_t进行差分计算。具体计算差分图像I_t的方法是：计算G_t和背景图像b₀对应像素点的像素值之差的绝对值，即：

I_t(i，j)＝|G_t(i，j)-b₀(i，j)|

其中，b₀表示背景图像，b₀(i，j)表示背景图像在(i，j)处的像素值。

步骤四、对差分图像I_t进行二值化处理。具体步骤为：

逐行扫描差分图像I_t中的像素点。若像素点的像素值I_t(i，j)≥Ψ，则将该点的像素值重新赋值为255，否则，将其赋值为0。其中，Ψ为正整数，是一个阈值，取值范围为0＜Ψ＜255。重复此过程，直到差分图像I_t中所有像素点均被重新赋值，得到二值化处理后的差分图像J_t。本实施例中，Ψ值选为128。

步骤五、对二值化处理后得到的差分图像J_t从上到下、从左到右进行扫描，如果其中某个像素点的像素值大于0，则说明此处像素值与背景图像上对应点处的像素值相比发生了显著变化。J_t中像素值大于0的像素点(也称有效点)的个数n的计算方法如下：

$n=\underset{\begin{array}{c}1\≤i\≤w\\ 1\≤j\≤h\end{array}}{\mathrm{\Σ}}[J_t(i,j)/255]$

其中，J_t(i，j)表示J_t在(i，j)处的像素值，w和h分别表示J_t的宽度和高度。本实施例中，w＝320，h＝240。

如果n≥阈值K，则说明情况异常，此时开始录像，将视频保存在监控计算机中，并通过手机短信和Email电子邮件向用户发出报警；如果n＜阈值K，则不进行录像并删除此时刻下拍摄的图像，继续进行下一时刻的图像拍摄与处理过程。

为避免警情误报(例如宠物跑动等)，所述阈值K的选取要根据实际视频图像的大小确定，不能太小。优选的，K≥100。本实施例中，K的值选为200。

Claims (9)

1.一种基于差分法的室内视频监控及报警方法，其特征在于，首先采集一幅正常状态下的图像作为背景图像；然后每间隔一段时间拍摄一张图像，并计算该图像与背景图像对应点像素值之差的绝对值，得到差分图像；之后，对差分图像进行二值化处理，即，对各像素点进行扫描，如果其中某个像素点的像素值大于0，则说明此处像素值与背景图像中对应点的像素值相比发生了显著变化，如果发生显著变化的像素点总数n≥事先设定的阈值K，则说明该时刻下室内情况异常，此时进行录像，将视频保存在监控计算机中，并向用户发出报警信息；如果n＜阈值K，则不进行录像，继续进行下一时刻的图像拍摄与处理过程。

2.如权利要求1所述的一种基于差分法的室内视频监控及报警方法，其特征在于，当采集的背景图像以及各时刻下的监控图像是彩色图像时，先对其进行灰度化处理。

3.如权利要求2所述的一种基于差分法的室内视频监控及报警方法，其特征在于，所述灰度化处理的过程如下：

用C_t表示在时刻t拍摄的彩色图像，对C_t进行灰度化处理，得到灰度图像G_t；G_t中任意一个像素点的像素值G_t(i，j)满足如下公式：

G_t(i，j)＝0.229R(i，j)+0.587G(i，j)+0.114B(i，j)

其中，(i，j)表示像素点的坐标，R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)分别表示图像C_t中坐标为(i，j)的像素点的红、绿、蓝分量的值。

4.如权利要求1所述的一种基于差分法的室内视频监控及报警方法，其特征在于，所述拍摄图像的时间间隔m在3秒-10秒之间选取。

5.如权利要求1所述的一种基于差分法的室内视频监控及报警方法，其特征在于，所述拍摄图像的时间间隔能够根据用户实际需要进行调整。

6.如权利要求1所述的一种基于差分法的室内视频监控及报警方法，其特征在于，所述差分计算过程为：

如果t时刻下拍摄得到的是灰度图像P_t，则直接进行差分计算；如果是彩色图像，则是对灰度化处理后得到的灰度图G_t进行差分计算；

具体计算差分图像I_t的方法是：计算P_t或G_t和背景图像b₀对应像素点的像素值之差的绝对值，即：

I_t(i，j)＝|P_t(i，j)-b₀(i，j)|

I_t(i，j)＝|G_t(i，j)-b₀(i，j)|

其中，b₀表示背景图像，b₀(i，j)表示背景图像在(i，j)处的像素值。

7.如权利要求1所述的一种基于差分法的室内视频监控及报警方法，其特征在于，对差分图像I_t进行二值化处理的方法为：

逐行扫描差分图像I_t中的像素点；若像素点的像素值I_t(i，j)≥Ψ，则将该点的像素值重新赋值为255，否则，将其赋值为0；其中，Ψ为正整数，是一个阈值，取值范围为0＜Ψ＜255；重复此过程，直到差分图像I_t中所有像素点均被重新赋值，得到二值化处理后的差分图像J_t。

8.如权利要求1所述的一种基于差分法的室内视频监控及报警方法，其特征在于，获取发生显著变化的像素点总数n的方法为：

$n=\underset{1\≤j\≤h}{\underset{1\≤i\≤w}{\mathrm{\Σ}}}[J_t(i,j)/255]$

其中，J_t(i，j)表示J_t在(i，j)处的像素值，w和h分别表示J_t的宽度和高度。

9.如权利要求1所述的一种基于差分法的室内视频监控及报警方法，其特征在于，所述阈值K≥100。

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