CN102930682A

CN102930682A - 一种基于光点图样位移的入侵检测方法

Info

Publication number: CN102930682A
Application number: CN2012103807600A
Authority: CN
Inventors: 刘雷波; 张威龙; 吴晨; 尹首一; 魏少军
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明提出了一种基于光点图样位移的入侵检测方法，步骤为：调整摄像头和光源的位置，拍摄检测区域初始光点图像；摄像头进行拍摄并将拍摄到的光点图像传回主机；主机将摄像头拍摄得到的图像与初始光点图像进行比较，判断是否有外物入侵，如果有外物入侵，则报警，如果没有外物入侵，则返回继续检测。本发明的入侵检测方法通过变更光点数量、光点矩阵图样及光源位置改变检测范围，具有在可变范围内进行入侵检测的能力，本发明通过调整光点以及图像传感器的参数能带来检测实时性和效率的提升，同时比较容易实现，成本低，具有很大的应用前景。

Description

一种基于光点图样位移的入侵检测方法

技术领域

本发明属于楼宇安防技术领域，涉及安防系统对外物入侵的检测，特别涉及一种基于光点图样位移的入侵检测方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高以及安全防范意识的增加，安防系统的应用越来越广泛。目前，安防系统中采用的技术手段主要有：基于传统传感器（红外、门磁等）的防护技术，基于生物识别的防护技术和基于视频监控的防护技术，其中，传统传感器功能相对简单，通常安装在出入口，需要被动触发才能报警，然而一旦掌握该传感器的触发特点，避开这道防线，那么这样的防护系统就形同虚设了，而且这样的防护系统经常受到一些非窃贼运动物体的干扰，误判率较高。而基于生物认证的防护技术同样需要被动触发，仅适用于门禁控制，同样拥有和基于传统传感器的防护技术类似的问题。

目前，有许多基于视频监控的防护技术制成的视频监控产品，这类监控产品多以PC机为主节点，采用摄像机24小时不间断监控，录制存储现场的视屏录像，或者由专门工作人员通过监视显示器以便发现异常事件。这样只能起到简单的视频记录功能，对PC机的硬盘容量要求非常高，同时需要配备专人监视视频，使得整个系统的成本价高。而且此类视频监控产品往往还只停留在记录保存视频图像上，并未在这些海量视频数据上进行实时的、智能化处理。

对于一般的安防视频监控产品，有以下几大原则需要遵守：一是极低的漏检率和误检率，在极端场景中不允许出错。二是设备的抗干扰能力强，包括环境中存在的非人为因素，如声音、光线、温度的变化；同时也包括一些人为的破坏行为，如无线通信屏蔽、供电切断、人为的遮盖等。三是对于广泛布防以及临时布防的场景，产品成本需要有一定控制。四是布防不宜过于复杂。五是安防系统需要具有一定的隐蔽性。

所有对视频进行分析处理并做出判断的监控产品面临的最大问题是误检和漏检的问题。在安防领域中漏检会造成极大的安全隐患，对漏检的存在属于零容忍；而误检会造成不必要的人员设备调动，浪费人力物力。因此此类系统肩负着同时降低误检率和漏检率的任务，这对分析识别算法和系统构建是一个极大的难点。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于光点图样位移的入侵检测方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于光点图样位移的入侵检测方法，其包括光点图像初始化阶段和入侵检测阶段，所述光点图像初始化阶段包括如下步骤：

S1：调整摄像头和光源的位置，拍摄检测区域初始光点图像；

所述入侵检测阶段包括如下步骤：

S2：所述摄像头进行拍摄并将拍摄到的光点图像传回主机；

S3：所述主机将摄像头拍摄得到的图像与初始光点图像进行比较，判断是否有外物入侵，如果有外物入侵，则报警，如果没有外物入侵，则返回步骤S2继续检测。

本发明的基于光点图样位移的入侵检测方法通过变更光点数量、光点矩阵图样及光源位置改变检测范围，具有在可变范围内进行入侵检测的能力，本发明通过调整光点以及图像传感器的参数能带来检测实时性和效率的提升。同时，本发明的方法比较容易实现，成本低，具有很大的应用前景。

在本发明的一种优选实施例中，对光点图像进行初始化包括调整摄像头与光源的距离、调整光点的密度以及调整光点矩阵图形。

本发明的楼宇安防系统可以通过变更光点数量、光点矩阵图样及光点位置改变检测范围，具有在可变范围内进行入侵检测的能力。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明基于光点图样位移的入侵检测方法的控制流程图；

图2是本发明一种优选实施方式中楼宇安防系统的系统框图；

图3是利用本发明的基于光点图样位移的入侵检测方法进行外物入侵检测的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

为实现本发明的基于光点图样位移的入侵检测方法，需要首先构建一个楼宇安防系统，在本发明的一种优选实施方式中，如图2所示，该楼宇安防系统包括视野覆盖检测区域的摄像头，还包括与该摄像头相连、用于对摄像头拍摄图像进行处理的主机，以及与主机相连、当有外物入侵时进行报警的报警装置和发射的光线覆盖检测区域的光源。其中，该摄像头和光源的位置可调，光源采用脉冲照射方式发出点阵光线，点阵光线照射到检测区域上形成光点矩阵，在摄像头内设置有能够检测光点矩阵变化的图像传感器，在光源前还设置有用于调节光点矩阵形状和光点数目的光栅。

在本实施方式中，相对于摄像头位置设置光源的位置，为了方便布防，将摄像头和光源并列放置，仅保留一定的间距。在本发明的一种优选实施方式中，摄像头与光源的距离范围为10cm-20cm，在设备封装可以满足的情况下尽可能增大摄像头与光源的距离有利于提高观测到的光点位移幅度。在本发明一种更加优选的实施方式中，摄像头与光源的距离为10cm。

在本实施方式中，光源采用脉冲调制的红外光源，人眼无法观测到照射出的点，光源本身能观测到为微弱红点，红外光可以较好地被传感器观测到，而不会被人眼察觉，保证了系统的隐蔽性；同时将光源调制为脉冲照射方式，脉冲光源可以区别于环境的大多数相同频率光线的干扰，如室内环境中的电灯本身，以及照射进入室内的强烈阳光，使用前后帧差分的方式可以减除环境中的恒常光线，光源的闪烁频率需要与传感器的采样频率同步，本系统使用传感器给出的信号控制光源电源的通断，严格保证每帧图像曝光时间内光源亮暗稳定。

如图1所示，本发明基于实时有效地视频分析检测来检测外物入侵，本发明的基于光点图样位移的入侵检测方法包括光点图像初始化阶段和入侵检测阶段，其中，光点图像初始化阶段包括如下步骤：

入侵检测阶段包括如下步骤：

S2：摄像头进行拍摄并将拍摄到的光点图像传回主机；

S3：主机将摄像头拍摄得到的图像与初始光点图像进行比较，判断是否有外物入侵，如果有外物入侵，则报警，如果没有外物入侵，则返回步骤S2继续检测。

在本实施方式中，相对于摄像头位置设置光源的位置，为了方便布防，将摄像头和光源并列放置，仅保留一定的间距。在本发明的一种优选实施方式中，摄像头与光源的距离范围为10cm-20cm，在设备封装可以满足的情况下尽可能增大摄像头与光源的距离有利于提高观测到的光斑位移幅度。在本发明一种更加优选的实施方式中，摄像头与光源的距离为10cm。

利用本发明的楼宇安防系统进行安防时，具体的步骤为：

第一步：调整摄像头和光源的位置，拍摄检测区域初始光点图像。在本实施方式中，需要调整摄像头与光源的距离、调整光点的密度以及调整光点矩阵图形。

在本发明中，为了不发生漏检和错检的情况，光点需要满足两个条件，一是光点密度满足要求，即单位面积内需要有足够多的光点，保证外物入侵时足够多的光点出现位移，如果仅有极少数光点有抖动，很可能是由于环境中的不稳定造成，如振动以及空气密度温度不均匀等，在本实施方式中，检测区域上的光点密度为100个/m²-400个/m²，在光源功率足够的情况下应尽可能提高光点密度。在本发明一种更加优选的实施方式中，光点密度为100-225/m²。二是光点位移距离，即外物入侵时单个光点需要有足够的位移，在传感器精度有限的条件下能够检测出位移。从图3中可见，随着光源和传感器逐渐接近，传感器相当于沿着光源光线方向出发去观察检测区域，导致即使有外物入侵，观测到的光点在成像平面上仍然没有很大位移，从而导致系统失效，因此，为避免漏检的情况发生，需要调整摄像头与光源的距离，使外物入侵时光点的位移足够大，在本实施方式中，摄像头与所述光源的距离为10cm。

在本实施方式中，根据传感器的灵敏度对光源的光点能量进行调节，使传感器检测到检测区域上光点的能量大于其检测阈值，避免漏检情况的发生。

另外，通过调整光源前的光栅，改变光栅聚焦和对光点的散射程度，调整光源光点的数目和光点矩阵图形，至少要保证人体各种侧面呈现给摄像头时有足够多的光点照射到人体上，在本实施方式中，传感器精度要求在有外物入侵时图像上表现为5-10个光点发生位移，需要说明的是，本实施方式以检测人为目的，当检测目标不同时，需对光点数量、光点矩阵图形等几何参数做相应调整，以照射到检测物体上的光点数量满足要求为目标。根据以上步骤，得到了无外物入侵时初始光点图像。

第二步：摄像头始终保持拍摄状态进行拍摄并将拍摄到的光点图像传回主机。

第三步：主机根据摄像头拍摄得到的光点图像与初始光点图像进行比较，判断是否有外物入侵，如果有外物入侵，则报警，如果没有外物入侵，则返回第二步继续检测。

具体判断是否有外物入侵的方法为：如果摄像头拍摄得到的图像上的光点相对于初始光点图像发生位移，同时位移光点满足一定数量和连通性条件则表示有外物入侵。在本实施方式中，位移光点的数量不少于3且由所述位移光点围成的凸多边形内部没有未位移光点，则表示有外物入侵。

在本发明的一个优选实施例中，如图3所示，首先根据需要检测的区域设置摄像头位置，相对于摄像头位置，设置光源位置，同时设置光源光点的大小、密度和光点矩阵图样，得到如图3(a)所示的原始红外图像，经过一定帧数图像的学习，得到初始光点图像，并记录下来，如图3(b)所示，其中，图3(b)上半部分为原始红外图像，下半部分为经过学习后处理得到的图像，较亮的矩形表示稳定且较强的光点，适宜用作光点位移判别标准，亦即学习过程中得到的稳定点阵图样；空心圆点为即时观测到的光点，由于采用了不同的门限，即对光点亮度设定高阈值和低阈值，图中空心圆点为使用高阈值提取到的光点，实心圆点为较低阈值下提取到的光点，空心圆点要少于实心圆点。

然后，摄像头保持拍摄状态，正常无外物入侵情况下，空心圆点光点处必然可观测到实心圆点，但实心圆点未必有空心圆点以对应。在某一时刻拍摄得到图3(c)中的图像，将图3(c)所示的光点图像与初始光点图像相比，可以看到图3(c)中的光点相对于图3(b)的初始光点图像中的光点发生了位移，经过判别，若位移光点的数量连通性和持续帧数满足条件系统给出外物入侵报警，在本实施方式中，在帧率为30fps的情况下连续10帧检测到有光点位移，则有外物入侵。

本发明的基于光点图样位移的入侵检测方法通过变更光点数量、光点矩阵图样及光源位置改变检测范围，具有在可变范围内进行入侵检测的能力，本发明通过调整光点以及图像传感器的参数能带来检测实时性和效率的提升。并且比较容易实现，成本低，具有很大的应用前景。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种基于光点图样位移的入侵检测方法，其特征在于，包括光点图像初始化阶段和入侵检测阶段，所述光点图像初始化阶段包括如下步骤：

所述入侵检测阶段包括如下步骤：

S2：所述摄像头进行拍摄并将拍摄到的光点图像传回主机；

S 3：所述主机将摄像头拍摄得到的图像与初始光点图像进行比较，判断是否有外物入侵，如果有外物入侵，则报警，如果没有外物入侵，则返回步骤S2继续检测。

2.如权利要求1所述的基于光点图样位移的入侵检测方法，其特征在于，对光点图像进行初始化包括调整摄像头与光源的距离、调整光点的密度以及调整光点矩阵图形。

3.如权利要求1或2所述的基于光点图样位移的入侵检测方法，其特征在于，所述摄像头与所述光源的距离范围为10cm-20cm。

4.如权利要求1所述的基于光点图样位移的入侵检测方法，其特征在于，判断是否有外物入侵的方法为：如果摄像头拍摄得到的图像上的光点相对于初始光点图像发生位移，同时位移光点的数量不少于3且由所述位移光点围成的凸多边形内部没有未位移光点，则表示有外物入侵。

5.如权利要求1所述的基于光点图样位移的入侵检测方法，其特征在于，所述检测区域上的光点密度为100个/m²-400个/m²。