CN106463032A - 利用方向感应的入侵检测 - Google Patents

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Abstract

一种入侵检测的方法和系统,其包括把感测装置输出数据显示成感测装置(14.1、14.2、14.3)的视野的一张或多张影像。通过与图形用户界面的交互:用来限定和显示与该视野的一张或多张影像相关的影像检测区域的用户输入被接收,其中该影像检测区域被关联到一检测区域,该检测区域会由感测装置(14.1、14.2、14.3)监控用于入侵检测。用来定义在影像检测区域中的检测向量的一个或多个用户输入被接收,该检测向量指定在被监控的视野中的预定最小位移和位移方向。检测向量的图形表示被显示在影像检测区域上。该方法还包括至少部分地通过检测区域检测目标对象并追踪目标对象,并判定该目标对象的逐步位移是否具有分量,该分量超过在检测向量的方向上的最小位移。

Description

利用方向感应的入侵检测
技术领域
本发明大体涉及一种安全系统,用于在一正被监控的现场中检测入侵者。更具体地说,本发明涉及一种采用视频捕捉的方向检测的系统和方法。
背景技术
视频运动检测(VMD)经常使用在当前的安防行业中,用于检测进入现场的入侵者,具有预定的关注场景。VMD是由计算机软件在由视频照像机所捕捉的数字影像序列上来执行的,该视频照像机监控一特定关注场景。在该序列中的每张影像由影像元素(像素)的阵列构成。目标,诸如入侵者,通常作为相对于捕捉影像的背景场景亮度不同的影像出现。VMD使用此以便通过寻找像素亮度变化来检测在序列中的入侵者,所述像素亮度变化与移动经过该场景的目标一致。与目标相关联的像素群组也被帧到帧地追踪以确定运动方向。如果该场景被校准,该目标大小、其已行进的距离、以及其行进的速度可从所追踪的像素群组来进行估计。通过忽略不符合尺寸、速度、和行进距离标准的目标,相关的安防系统可以被调整以检测人类和车辆的移动,同时去除小动物和树叶的移动。此外,当前VMD系统通常被设置的方式是通过定义场景的哪些部分对移动敏感。通过将场景的大部分面积指定为敏感的,高度有效的检测系统可被建立,其中入侵者能够在那些检测区域内的任何地方被检测。这些检测区域的谨慎放置也可避免来自不关注区域诸如停车场或关注区域的相邻街道的误警报。
现有VMD系统的缺点之一是现有系统会对关注场景中所有的亮度变化敏感。因此能够潜在地检测移动车辆的阴影和头灯。如果这些阴影或头灯光束进入检测区域,并且它们的移动满足检测标准,那么此类移动将被错误地被检测为目标,即使车辆本身处于检测区域之外。这类误警报通常发生在当车辆沿着一道路行驶时,该道路处于受保护区域的边界之外但又平行于其延伸。
在越来越多的最近的VMD系统中,触发线已被采用来减少误警报。使用这些系统,目标必须要跨越过该触发线以产生报警,通过该线位置的指定降低了误警报的可能性。然而,这种检测方法也可能是不理想的,因为该触发线必须被小心地放置以确保所有可能的实际目标轨迹会越过该触发线。此外,在非理想的条件下,随着该目标移动经过场景,目标轨迹可能遗失并重新开始。如果该目标越过触发线而没被追踪,将没有报警发出。为了减少这种可能性,多条平行的触发线通常是需要的。不论如何,单一或多条触发线的使用还是无法防止因阴影和头灯光束引起的误警报,因为随着车辆通过关注区域的附近时,由于光束或阴影变化的方式,这些目标轨迹仍可能越过必要的触发线。
参考在本说明书中的任何现有技术并不是承认或暗示该现有技术形成了在任何权限下公知常识的一部分或该现有技术可被合理地预期理解或视为相关和/或可与本领域技术人员掌握的现有技术的其它部分结合。
发明内容
一方面,本发明广泛地提供了一种方法和系统,其允许检测向量的输入,该向量与从感测装置接收到的视频影像上所识别出的影像检测区域相关联。该检测向量在由感测装置所监控的检测区域中指定预定的最小位移和位移方向,并在影像检测区域中显示为图形表示。该方法和系统延伸到至少部分地在检测区域中检测和追踪目标对象,并且如果确定该目标对象的逐步位移具有一分量,其超过在检测向量方向上的最小位移,则报警状态会被激活。
根据本发明的第一方面,提供了一种入侵检测方法,该方法包括:
把感测装置输出数据显示成感测装置视野的一张或多张影像;
通过图形用户界面:
接收用户输入来定义和显示与该视野的一张或多张影像相关的影像检测区域,其中影像检测区域关联到一检测区域,该检测区域会由感测装置监控用于入侵检测;
接收用户输入,该输入定义了检测向量,其指出在被监控视野中的预定的最小位移和位移方向,其中检测向量的图形表示被(重叠和)显示在影像检测区域上;
检测目标对象;以及
至少部分地通过检测区域追踪目标对象,并判定该目标对象的逐步位移是否具有一分量,其超过检测向量方向上的最小位移。
该方法还进一步包括,如果目标对象的位移具有一分量,且其被判定为超过在该检测向量方向上的最小位移,则激活警报条件,其中目标对象的初始位置或最小位移被超过之处的目标对象的位置处于检测区域内。
优选地,所述方法进一步包括,如果目标对象的位移仅在检测区域内并且目标对象的位移超过最小位移的话,则激活警报条件。
检测向量方向上的位移的分量可以藉由以下等式确定:
其中I是检测向量方向上的位移的分量;
向量代表目标对象在其通过三维区域中的检测区域被追踪时的距离和方向;以及
向量代表检测向量。
因此,目标对象的追踪可以从该位移被检测的初始位置开始或是从该目标对象第一次在目标区域内被检测到的位置开始。
感测装置可以是监控照相机或类似物。
影像检测区域是三维空间中的表面,在其上的在对应的二维影像中的对象移动被投影和解释。
检测区域可藉由指定相关于检测区域的检测向量来被定义为方向性的。
可选择地,检测向量可以指定为双向性的,其中当确定该目标对象的逐步位移超过在向量的任一方向上的最小位移时,则激活报警状态。
检测向量的图形表示可被重叠在影像检测区域上成为二维影像平面上的平坦箭头。该平坦箭头检测向量的端点随后可被映射到由感测装置监控的检测区域中的对应点,从而定义在受监控的检测区域中的方向和最小位移。
可替代地,检测向量的图形表示可以被重叠在影像检测区域上作为受监控的检测区域内的三维箭头检测向量,其中该三维区域的端点的位置随后被关联到影像检测区域,从而使检测向量以正确的角度来呈现。
定义该检测向量的用户输入可通过图形用户界面上的指向装置的一个或多个输入、触控屏幕的一个或多个输入、检测向量的坐标的一个或多个输入、相对于轴线的方向角度的输入、和/或数值输入而被接收。
例如,检测向量的位移和/或方向可通过经由图形用户界面的箭头的操控来定义或调整。举例来说,用户可以通过点击和指向装置(如显示器上的计算机鼠标)点击和拖移箭头的端点来改变检测向量的方向。
可替代地,检测向量的位移和/或方向可以通过经由图形用户界面接收用户的检测向量的长度的数值和/或检测向量的方向角度来进行定义或调整。举例来说,该角度可以相对于二维影像平面的x轴或y轴来指定。替代地,该角度可使用三维空间中的航行方位来指定。该方法可进一步包括把检测向量呈现为在影像检测区域上的具有该角度的箭头。
在该用户已经通过图形用户界面选择了特定的检测区域边缘之后,检测向量的方向可额外地被确定为垂直于检测区域的特定边缘。
检测向量的图形表示的长度当被显示在影像检测区域上时可能不是按比例的。
至少部分地通过检测区域追踪目标对象的步骤可以包括根据在感测装置的视野内,最好是在检测区域内的目标对象的离散检测估计目标对象路径。估计目标对象路径的步骤可进一步包括预测目标对象路径的各个区段。例如,该估计步骤可包括以下的一个或多个:
藉由反向预测目标对象在何处已经进入到视野至初始检测的位置,预测目标对象的初始检测之前的目标对象路径;
预测目标对象的离散检测之间的目标对象路径;以及
预测在视野中的目标对象的检测的最终点与目标对象可能已经离开视野所在处之间的目标对象路径。
沿着估计的目标对象路径的目标对象的任意和所有位置可以提供目标对象的位置以评估何时目标对象处于检测区域中,并用于判定目标对象的逐步位移是否超过检测向量方向上的最小位移。
根据另一方面,本发明提供了一种系统,其包括:
用户界面以从系统的用户接收输入;
至少一个处理单元和至少一个内存用于储存指令,该指令可由至少一个处理单元来执行,该指令被执行以:
把感测装置输出数据显示成感测装置视野的一张或多张影像;
通过图形用户界面:
接收用户输入来定义和显示与视野的一张或多张影像相关的影像检测区域,其中影像检测区域关联到一检测区域,该检测区域由感测装置监控用做入侵检测;以及
接收用户输入,该输入定义了检测向量,其指出在被监控的视野中的预定的最小位移和位移方向,其中检测向量的图形表示被显示在影像检测区域上;
检测目标对象;以及
至少部分地通过检测区域追踪目标对象,并判定目标对象的逐步位移是否具有一分量,其超过在检测向量方向上的最小位移。
所述指令可被执行以实现如上述所定义的任何的其他方法步骤。
如在本文中所使用的,除非上下文另有要求,术语“包括”和该术语的变形,如“包含”、“包含有”和“包括有”并不意图要排除其他的添加物、组件、整体或步骤。
在前面段落中描述的本发明的其他方面以及这些方面的其他实施例将会从以下的描述变得显而易见,以下描述是以示例方式并参照附图给出的。
附图说明
下面将参照附图仅以示例的方式阐释本发明的一些实施例,其中:
图1示出根据一示例实施例的入侵检测系统的示意图,其由中央监控系统和多个感测装置形成;
图2a示出检测区域的影像坐标视图;
图2b示出图2a的影像坐标视图的对应的三维平面检测区域;
图3a示出根据一示例实施例的方向性影像检测区域的影像坐标视图,该区域包括代表检测向量的箭头;
图3b示出根据一示例实施例的由箭头表示的检测向量的视图,该箭头被绘制成看起来好像放置在三维平面检测区域上;
图4以图形方式示出根据一示例实施例的在三维坐标中以检测向量方向行进的累积距离如何被计算;
图5a示出一示例,其中入侵者以目标对象的形式越过检测区域的边界,并朝向受监控财产前进,其中该目标对象是通过使用根据一示例实施例的方向性感测来检测的;
图5b示出根据一示例实施例的相同方向的检测区域如何不会检测平行于受监控财产的边界行驶的车辆的照明或阴影;
图6示出根据一示例实施例当校准在一检测区域中的高度时水平距离如何被显示;
图7示出根据一示例实施例当对象穿过检测区域时对象路径的进入和退出点是如何被确定的;
图8示出一示例图形用户界面,其示出根据一示例实施例的感测装置的视野,该感测装置监控具有道路和相邻碎石区域的一区域,其中检测区域和检测向量两者均已由用户输入;
图9为与图8所示类似的示例图形用户界面,其示出根据一示例实施例的监控办公室环境的感测装置的视野,且检测区域和检测向量两者也均已由用户输入;以及
图10为示出根据一示例实施例的用作中央监控站12的计算机处理系统的结构框图。
具体实施方式
当前实施例涉及一种用于入侵检测的方法和系统,其中入侵检测系统的操作员通过图形用户界面的使用指定与特定影像检测区域相关联的检测向量。该影像检测区域由该操作员通过图形用户界面的使用来选择,其中与检测区域相关联的影像检测区域由入侵系统的感测装置监控。
该检测向量,在与检测区域相关联时,代表在特定方向上的最小位移。该入侵检测系统被配置成,在目标对象例如入侵者被检测和追踪的事件中,确定该目标对象的逐步位移具有一分量,且该分量超过检测向量的方向上的最小位移时,激活警报。换言之,当该目标对象在由该向量所指示的方向上移动至少一最小距离时,警报会被发出。
在一示例实施例中,入侵检测系统10包括中央监控站12,中央监控站与针对各种威胁事件监控多个区域的一个或多个感测装置进行通信。感测装置的至少一些为监控照像机,由附图标记14.1、14.2和14.3标识,其为中央监控站12提供视频内容,该视频内容可以是视频串流或一张或多张影像。因此,监控照像机14.1、14.2和14.3可以是视频照像机。这些监控照像机中的每一个设置成在通常邻近具有限制进入的区域的一区域内具有视野。监控照像机与中央监控系统通过合适的网络28进行通信。
中央监控站12通常包括服务器16和数据储存18,所述数据储存以一个或多个数据库的形式储存在感测装置和入侵检测系统上的信息。中央监控站12还具有一个或多个操作员站(由附图标记20.1和20.2标识的两个操作员站),其被连接到服务器16和数据库18,从而使操作员可以存取相关数据,以使系统进行入侵检测过程。每一操作员站包括一个或多个用户界面22.1、22.2以显示和接收进入中央监控系统12的信息。在一个示例实施例中,用户界面22.1、22.2可以是具有键盘26.1、26.2和鼠标(图中未示出)的显示器屏幕24.1、24.2。在一些示例实施例中,用户界面还可以是触控屏幕。
中央监控站12,或者是服务器或者是操作员站,具有一个或多个处理单元和内存,用于储存由处理单元执行的指令。储存的指令使中央监控站12实现各种功能并处理接收到的数据,如将在以下更详细地描述。虽然功能被描述成与中央监控站12相关联,但将被理解的是,并非所有的功能都须由中央监控站12来执行,并且其中一些程序可在其他装置上执行。举例来说,有关于条件和报警的一些操作和功能可在智能型监控照像机、智能型集线器、远离中央监控站12的云端服务等等中进行计算。
现在参见图2a,计算机屏幕或显示器示出以显示特定监控照像机的视野的一影像。该影像是监控照像机的输出,并在本示例实施例中被传输到中央监控站12。该影像是视野的二维表示,并示出道路100、建筑物101和检测区域102,也被称为影像检测区域。在一示例实施例中,影像检测区域由操作员定义为特别要被监控以防止入侵的区域。因此,影像检测区域102的目的是检测入侵者,以下也称为目标对象,其可能会越过道路100至受保护的处所到屏幕外的检测区域102的右方。操作员可通过图形用户界面限定影像检测区域,该影像检测区域由中央监控站12产生,并且一旦限定,影像检测区域102将被显示成与视野的影像有关。举例来说,在图2a中,影像检测区域102由交叉影线来标示。
图2b图形地示出显示在计算机屏幕上的影像(即二维影像108)和监控照像机的视野(即三维场景109)之间的关联性。贯穿该视野的道路103在影像108中由道路100来表示,而建筑物104在影像108中由它的影像101来表示。影像检测区域102进入该图形用户界面,并显示在计算机屏幕上成为影像108的一部分,对应于在三维场景109中的虚拟三维平面检测区域105。
从图2b可看出显示在计算机屏幕上的影像检测区域102和虚拟三维检测区域105可能不在平行的平面中,而画在其中一个上的一条线,如在以下进行更详细描述的检测向量,当在另外一个上观察时,可能会以一不同角度出现。此外,显而易见的是,当一对象朝向建筑物104移动时,即更深入到场景中,在二维影像108中的该对象的影像将向上移动进入屏幕中并显得较小。为了把在二维影像108和监控照像机的视野之间的点相关联,就需要对系统做一些校准。举例来说,通过在三维平面上记录照相机视野109中的点的位置,然后把这些位置与显示在屏幕上的二维影像108上的它们对应的位置相关联,在所述区域之间的映像,特别是两检测区域之间的映像被建立。在校准过程中,这些点可以是例如场景中平面上的特征点106,或是在场景中的平面上四处移动的人107或其他目标的位置。在二维影像和三维平面之间进行关联的过程会在以下进行更详细地描述。
为了限定检测区域为方向性的,操作员将定义一检测向量。在这示例实施例中,监控站再次通过图形用户界面接收指定检测向量的用户输入。该检测向量被指定成关联于特定区域,即影像检测区域102,并且检测向量的图形表示然后显示在监控站屏幕上的影像检测区域上。检测向量指定一预定的最小位移和位移方向,关联于目标对象的位移和方向用于警报激活的判定。
如将从以下的说明变得显而易见的,定义该检测向量的用户输入可包括一个或多个用户输入。一个或多个用户输入可通过图形用户界面上指向装置(例如鼠标)的一个或多个输入、通过触控屏幕或类似装置的一个或多个输入、检测向量坐标的一个或多个输入、相对于轴的方向角度的输入、和/或代表向量长度的数值的输入。该数值的输入可以被例如输入到由图形用户界面提供的数据输入区域中。
这些输入的任意组合可由用户使用来定义检测向量。举例来说,在一个实施例中,用户可使用鼠标和图形用户界面之间的交互来定义检测向量的方向,而由检测向量定义的位移(或长度)可以通过经由图形用户界面的文字输入来指定。
该检测向量显示(并且在某些情况下被迭放)为二维影像上的箭头201。在本发明的一个实施例中,操作员选择一检测区域,然后按下图形用户界面上的箭头按钮之一(或鼠标)以使该区域具方向性。系统随后会把检测向量箭头放在选定的检测区域上。
举例来说,检测向量可出现以落在影像检测区域200上,如图3a所示。在一个实施例中,该平坦箭头检测向量的端点被映射到由监控照像机所监控的检测区域中的对应点,从而定义在该受监控的检测区域中的方向和最小位移。
可替代地,该检测向量可被给定一三维外观中,如图3b所示,其中箭头203显示成落入在虚拟三维检测区域202上。在这种情况下,该三维区域的端点的位置被关联到影像检测区域,从而使检测向量以正确的角度呈现。
用户可以通过使用指向和点击装置(如计算机鼠标)拖曳其端点来调整检测向量的角度。正如所提到的,其他用户输入构件(如触控屏幕)也可被使用。可替代地,角度可通过图形用户界面(例如通过呈现在图形用户界面上的数据输入区域)手动(数值地)输入,而箭头会在检测区域上以该角度被自动绘制。举例来说,该角度可以相对于二维影像平面的x或y轴来被指定。替代地,该角度可使用三维空间中的航行方位来指定。
在另一实施例中,该系统可被配置成把一检测向量自动地决定为垂直于一选定边缘。举例来说,当配置检测区域和检测向量时,用户可以选择该方向性区域的一个边缘,然后使该系统自动决定并使用一方向,该方向与该检测区域相关联的检测向量边缘成直角。在一个实例中,该系统可以自动地修正检测向量的方向,该向量已在该检测区域中被放置成该垂直方向,或替代地,该系统可以限制在特定边缘选定之后产生的任何检测向量,以具有垂直于该边缘的方向。举例来说,图形用户界面可以提示用户或为用户提供选项以选择检测区域边缘,从而把至边缘的直角方向施加到该检测向量上。在检测向量上实施方向限制的任何其他合适方式也可被采用。
在一个实施例中,系统12通过首先计算检测区域的选定边缘的端点,计算该边缘的方向,并计算正交于该方向的一方向,来决定向量的方向,并仍然留在检测区域的该平面中。应被理解的是,在适当之处,在选定边缘的中间位置也可被使用。检测向量的方向可被计算用于二维影像检测区域,给出一用户看起来为垂直于该边缘的方向,或者它可被计算用于三维检测区域,在该情况下向量被用户看起来为在垂直于三维边缘的一立体三维方向上。
在一些示例实施例中,检测向量箭头所显示的长度不是按比例的。举例来说,在影像检测区域上所显示的检测向量的图形表示,尤其是检测向量的图形表示的长度在向量的长度是作为数值通过图形用户界面输入的情况中,可能不是按比例绘制的。
不论如何,检测向量的长度可以藉由一操作员使用鼠标或其他合适的输入设备来进行拉伸。当该检测向量被拉伸时,提示或其他指示符可以公尺(或英尺)显示箭头所表示的长度。由箭头长度所表示的距离用作该方向性区域的最小距离,无论在该配置文件中如何设定。
在一个示例实施例中,在实物坐标中的长度既不被计算也不由客户端界面来显示。相反的是,该检测向量箭头的影像坐标被发送到形成监控站部分的分析引擎,其中影像坐标被转换为一经校准的距离,随后它会被使用。
在一些实例中,该检测向量也可以被指定为双向性的。使用一双向性向量时,当目标对象的逐步位移被判定为超过在向量任一方向上的最小位移的话,报警状态会被激活。
针对任何目标对象,该监控照像机连续地监控其视野,特别是检测区域。视频运动检测(VMD),如上所述,可以被用做这种检测,其中图像元素被监控来识别目标对象。目标对象往往在一张影像中出现,具有相对于捕捉影像的背景场景的不同的亮度。与目标对象相关联的像素群组也可被帧到帧地追踪以确定该运动的路径。因为该场景通常已被校准,故该目标对象的大小、它已行进的距离、以及方向可从追踪的像素群组进行估计。
因此,当对象穿过照相机的视野时,中央监控站12处理由监控照像机在离散时间间隔所捕获的视野影像,定位每个影像中的目标对象,并计算其轨迹使得它已经行进的距离(其位移)可被计算。如果该轨迹在虚拟三维检测区域上被计算,则该距离可以用实物尺寸(如行进的公尺数)来表示。
图4以图形方式示出如何相关于二维中的位移计算距离。
该目标对象是由中央监控站12在离散位置305所观察到的,而该轨迹300由这些位置被计算出。轨迹300的实际长度可以通过将沿着路径302的区段长度相加来计算。然而,如果方向性的标准被引入,所述区段长度必须被投影到在关注方向的线301上,而这些相加的投影给出路径长度303。因此,对于目标对象的逐步位移,在该检测向量的方向上的分量被判定,所述分量被用来判定由检测向量所识别出的最小位移是否已经被超过。
这些分量可通过取得相关向量的内积来确定,例如确定在检测向量的方向上的特定位移的标量投影(或标量分量)。
如果反方向也关心,或者该方向是双向性的,那么距离304也是受关注的。只有当在检测向量的方向上的距离超过最小距离306时,报警激活才会发生。
在一个示例实施例中,其中视野和检测区域的影像并不是在一个连续基础上被监控,可以在各取样点之间使用估计。估计目标对象路径可包括预测沿着目标对象路径的各区段的行程。举例来说,该估计步骤可以包括藉由反向预测目标对象在何处可能已经进入视野到初始检测的位置,在目标对象的初始检测位置之前,预测目标对象路径。此外,在目标对象的离散检测之间的目标对象路径可以被预测,同时也可以预测在最终点和目标对象可能已经离开视野的位置之间的目标对象路径。
因此,如图4所示的示例,最小距离可由估计轨迹300上的点307来满足,该点在检测点或观测305之间。当观测不频繁时这种估计是很重要的,因为对象可能经过一检测区域行进,在该区域内观测很少或没有观测。在轨迹300上的点(包括在检测区域内的点)的连续性将仍然被用于判定是否该最小距离已被超过。另请注意,该估计轨迹300可以延伸在第一观测之前或最终观测之后,以解释进入或离开场景的对象。
如果本示例用到图5a所示的场景中,其示出在方向401上跨越横越检测区域的道路400的入侵者403将在关注方向上再行进一段距离402。如果该位移超过该最小距离,则根据预定条件该系统检测到入侵者,警报可被激活。
相反的情况示于图5b中。在这里,汽车及其阴影408行进一距离406,但是其方向不平行于检测向量405的方向。虽然汽车及其阴影408移动了一段距离,但在检测向量的方向上仅行进由附图标记407所示的距离。如果这小于检测区域404的最小距离,则该目标对象的移动将不被允许发出一警报。这有效地降低了这种起因的误警报。
为了帮助用户定义检测区域(其在关注方向上比最小距离要长),在影像中的不同点处的场景标尺可被绘制。如图6所示,其中当高度501在场景中的目标上被测量时,水平距离500会被显示。通过在多于一个位置上这样做,在该场景中不同位置处的水平距离500和502可被建立。
在以下说明中,平面检测区域的使用并不旨在排除在三维空间中的其他可能的检测区域表面,也不意味着必须要由平坦表面来近似检测区域。在实际场景中的地面通常是不平坦的,并且本发明仅需要知道在该场景与该场景的二维影像之间的映像。
要求最小距离要被满足的一个问题是当把检测区域绘制在计算机屏幕上时很难估计该长度。另一示例提供反馈给操作员,使得操作员可以精确地调整正被监控场景的近场以及远场中的检测区域的尺寸。以下几个方面涉及到这种加强。
该检测向量似乎坐落在三维检测区域上,其长度表示该最小距离。在一示例中,该最小距离由数值来设置,而当检测向量箭头被操控时,该检测向量箭头的长度自动调整以始终在场景中显示出经正确缩放后的最小距离(无论它被放置在计算机屏幕上的任何位置)。当检测向量箭头移动经过该场景时,因为场景角度的原因,该比例会变化。在另一实例中,箭头的长度通过使用计算机鼠标操控箭头的端点来设定。如果它之后被移动,则长度自动调整以便始终显示最小距离(无论它放置在影像中的任何位置)。
在另一实例中,当场景正被校准时提供反馈。为了提供足够的信息用于监控站的分析引擎以判定在影像中目标的尺寸和速度,用户需要校准该场景。在这个示例中,当用户标记出对象的高度时,该长度的水平线会同时显示。然后对该用户来说,在该影像的该位置处该尺寸看起来像什么就很清楚了。因为校准需要一个以上的测量,该操作员将会看到在该影像中在一个以上位置中的这个尺寸。
在二维影像和三维场景之间的转换以及计算以判定在检测向量的方向上的最小距离是否已被行进,现在进行更详细的说明。在一个特定的情境中,转换矩阵T用来把二维影像坐标中的点i转换成三维场景坐标中的点s。如果我们再考虑在这二维影像中的两点i1和i2,其对应于对象的路径P上的两个点,则接合点i1和i2的二维向量I可被转换成三维向量接合点s1和s2如下:
s1=Ti1
s2=Ti2
因此:
该向量表示在两个观测之间以三维坐标移动的对象的距离和方向。
现在考虑一方向性区域(检测区域),其中用户操控在二维影像空间中的箭头,即检测向量,来指定该区域的方向。这个箭头的端点可使用相同转换T转换到三维空间以产生一方向向量代表的方向的单位向量可由除以其大小|D|来决定。
的长度落在方向上的分量I可以使用和对应的单位向量两者的内积(·)来如下地计算:
需要注意的是该结果I的极性是重要的,因为只有大于零的值才是在关注方向上的距离。小于零的值是在相反方向上。如果路径P的连续区段的这些距离I加在一起,同时考虑每个I的极性,那么沿着P在关注方向上的那些区段的组合距离可以被计算出来。如果该距离超过最小距离,则该目标会触发警报。
注意,该计算可以在路径P的每一对应的影像像素之间执行,但如果该路径是由线段构成,则该计算可被简化,只考虑那些线段的端点和路径与检测区域中的入口像素和出口像素相交的那些点。
第一工作实例
现在描述工作实例以说明入侵检测系统如何操作。
该系统使用视频照相机形式的感测装置,其被用于查看和监控真实场景(以视野的形式),如图2b所描绘的三维场景。由照相机拍摄的影像是该三维场景在照相机的影像平面上的二维投影。照相机影像随后显示在计算机监控器或显示器上。
为了使用该系统,通过与计算机监控器上的图形用户界面交互,操作员定义一检测区域,如图2a中的102。这对应到三维场景中的虚拟平面检测区域,如图2b中的105。
有很多种方法可校准该系统,但是为了说明的目的,校准发生在当一个人在该三维平面检测区域105每一个部分的四周行走时,而在该检测区域102和该虚拟图像检测区域105两者上的它们的位置会在每一点上被记录。将被理解的是这建立了在两个检测区域之间的映射。将被理解的是在一些实施例中,在该检测区域之外的区域也可被校准。
通常,移动目标对象与背景的亮度不同,移动目标对象在背景前面移动。因此,该对象可通过将该影像与先前影像之间的差异阈值化来检测,然后当该对象在视频序列的帧到帧间移动时,可藉由先绘制出边界框(其围绕由该阈值化的差值所检测到的影像像素集合),然后指出该边界框的底部中心的位置,能够追踪该对象。对于由视频照相机捕捉的每张影像来说,该对象被检测到并且其位置被指出(并因此被追踪)。该目标对象的路径可由穿过这些点绘制的曲线来估计,或更简单地用连接这些点的一系列线段来估计。该路径用来估计该对象是在检测区域中的何处以及该对象是否已经在关注方向上走得够远。考虑该完整的估计路径是重要的,因为快速移动的对象可能仅在视频的几帧中被检测到,无法提供足够的点来做可靠的检测。
如果入侵者现在穿过该场景,并走在平面检测区域105上,那么在三维坐标中的他们脚的路径可以从检测区域102中的他们脚的影像的路径来判定。在三维空间中行进的距离、速度和方向都可以很容易地从影像坐标中的对应的度量来判定。
如果方向性区域被使用,即如果用户已经为检测区域定义一检测向量,则该方向性区域的方向用影像坐标指定。三维坐标可从这些影像坐标来判定,或替代地,检测向量可用三维坐标来定义,在这种情况下该影像坐标可被确定。由于在检测平面之间的映射被定义,在该三维平面上的三维箭头的外观也可以通过考虑场景透视和缩放来确定。如果检测向量箭头在屏幕中往上移动,那么它可以藉由缩小它的尺寸来使其看起来好像远离照相机移动。如果箭头旋转,则正确的三维旋转可被确定而三维箭头可相应地被调整。
现在,如果入侵者行走越过由照像机监控的三维检测区域,很清楚地,在该三维坐标系统中的该方向和使用三维坐标中的方向性区域指定的方向都可以被确定。以该方向性区域的方向行进的距离随后可通过确定在检测向量方向上的位移的分量来建立。如果该距离超过最小位移,则警报条件可被发出。透过这个实例,很清楚的该系统可在入侵者接近受保护财产与车辆经过之间做区分。
第二工作实例
图7示出如何确定进入检测区域和离开检测区域。在该图中,二维影像600由影像元素(像素)601构成,并且该检测区域由阴影像素602定义。对象路径603穿过检测区域602,在第一像素604进入其中,并在最终像素605离开该检测区域。像素604和605的三维坐标可以从该影像的二维位置来计算(如以上详细讨论的),并且三维坐标随后可被用来确定该三维距离在指定方向上行进的分量。此外,在检测区域内沿着该路径的任何或所有其他像素606可被类似地转换和考虑。如果该路径不直的话这点尤其重要。
如果上述检测区域602在该对象路径穿过的地方够窄的话,则像素604和605可以是同一像素。在此情况中,该对象路径仍被确定,并且如果该路径是以正确的方向穿过该区域的话,那么它可触发警报。如果该路径是以错误的方向穿过该区域的话,那么警报将不会触发。因此,即使具有零大小的最小距离,和/或仅一像素宽的区域,该方向仍然可以相关于检测入侵。
现在参见图8,影像检测区域701示出为显示在示例图形用户界面700上。影像检测区域701是以感测装置(如监控照像机)的视野的影像702上的交叉阴影线来指示,其中影像702示出通往背景中的建筑物的道路,该道路在其右方具有相邻的碎石区域。检测向量703也被指出,其与影像检测区域701相关联,并重叠在检测区域701上。如在以上已被更详细描述的,检测向量703指示在影像检测区域701中的最小距离和位移方向,在此实例中是从道路左侧的边缘延伸的三维区域中的位移,横跨道路和相邻的碎石区域。该检测向量的方向被指示为相对于直接横过该道路的方向呈一微小角度。在入侵者(即目标对象)移动横跨该检测区域701的事件中,举例来说,部分地横越道路或横越碎石区域,本系统将计算该目标对象在检测向量703的方向上的位移的分量,而如果该分量超过在检测向量703的方向上的指定的最小位移,则警报将会响起。为了计算该位移,目标对象的像素的三维坐标根据影像中的二维位置来计算,而三维坐标然后用来判定三维距离在指定方向上行进的特定分量。
图9示出类似的图形用户界面800,其示出办公环境的监控照像机影像802。影像检测区域801再次示出为影像802上的交叉影线,同时检测向量803重叠为检测区域801上的箭头。检测向量803把在该影像检测区域802中的最小距离和位移方向指定为办公室的三维区域中的位移。当入侵者(即目标对象)移动穿过该房间,例如从房间后部沿着玻璃隔间到房间前部,或反向亦然,如果系统判定在检测区域801中的入侵者的位移在检测向量的方向上具有一分量,且该分量超过检测向量的指定最小位移,则报警将会响起。因为检测向量适用于整个检测区域802,将被理解的是,入侵者的任何移动经计算在检测向量的方向上具有一分量,且该分量超过指定最小水平时,将会导致报警激活。
类似于图8所示的情境,所述计算包括从影像中的二维位置来计算目标对象像素的三维坐标,然后使用这些坐标来判定三维距离在该指定方向上行进的特定分量。
图10是示出典型计算机处理系统900的结构框图,其适于用作/配置为如上所述的中央监控系统12。举例来说,典型计算机系统可适于中央监控系统12的服务器16以及操作员站22.1、22.2两者。
计算机处理系统900包括处理单元902。该处理单元902可包括单个计算机处理装置(例如,中央处理单元、图形处理单元或其他计算装置),或者可包括数个计算机处理装置。在某些实例中,处理由处理单元902单独地执行,而在其他实例中处理也可以或替代地由远程处理装置执行,该装置可由计算机处理系统900来(以共享或专用的方式)访问和使用。
通过通信总线904,处理单元902与一个或多个机器可读取储存(内存)装置进行数据通信,该装置储存指令和/或数据用于控制该计算机处理系统900的操作。在该实例中,计算机处理系统900包括系统内存906(如BIOS或闪存)、易失性内存908(如随机存取内存,如一个或多个DRAM模块)、以及非易失性/非暂时性内存910(如一个或多个硬盘或固态硬盘)。
计算机处理系统900还包括一个或多个接口,由912一般化地表示,经由所述接口,计算机处理系统900与各种组件、其他装置和/或网络连接。其他组件/装置可物理地与计算机处理系统900整合在一起,或者可以是物理分离的。其中此类装置与计算机处理系统400的物理分离连接可经由有线或无线硬件和通信协议,并且可以直接或间接(如以网络联接)连接。
与其他装置/网络的有线连接可藉由任何标准的或专有的硬件和连接协议。例如计算机处理系统900可被配置成与其他装置/通信网络有线连接,藉由以下的一个或多个:USB;FireWire(火线技术);eSATA(外部SATA接口);Thunderbolt(雷电技术);以太网络;并列;串行;HDMI;DVI;VGA;AudioPort(搜索软体)。其他的有线连接也是可能的。
与其他装置/网络的无线连接可以类似地藉由任何标准的或专有的硬件和连接协议。举例来说,计算机处理系统400可被配置成可与其他装置/通信网络进行无线连接,使用以下的一个或多个:红外线;蓝牙(包括蓝牙的早期版本、蓝牙4.0/4.1/4.2(也称为低功耗蓝牙)和未来的蓝牙版本);WiFi;近场通信(NFC);全球移动通信系统(GSM)、增强数据GSM环境(EDGE)、长期演进(LTE)、宽带分码多重存取(W-CDMA)、分码多重存取(CDMA)。其他的无线连接也是可能的。
一般来说,计算机处理系统900与其相连接(无论是有线或无线方式)的装置允许数据被输入到/由计算机处理系统900接收用于由处理单元902处理,并且数据将由计算机处理系统900来输出。实例装置将在以下被描述,然而将被理解的是,并不是所有的计算机处理系统将包括所有提及的装置,并且对于所提及的那些装置之外的附加和替代装置也可被使用。
举例来说,计算机处理系统900可以包括或连接到一个或多个输入设备,通过所述输入设备,信息/数据被输入到计算机处理系统900(由该计算机处理系统接收)。此类输入设备可以包括实体按钮、字母数字输入设备(如键盘)、指向装置(如鼠标、轨迹垫等等)、触控屏幕、触控屏幕显示器、麦克风、加速计、近距离传感器、GPS装置和类似物。计算机处理系统900还可以包括或连接到由计算机处理系统900控制的一个或多个输出装置以输出信息。此类输出装置可以包括装置诸如指示器(如LED、LCD或其他光源)、显示器(如LCD显示器、LED显示器、等离子显示器、触控屏幕显示器)、音频输出装置如扬声器、振动模块、以及其他输出装置。计算机处理系统400还可以包括或连接到能够输入和输出的装置,例如计算机处理系统400可从其读出数据和/或将数据写入到其中的内存装置(硬盘、固态硬盘、磁盘、压缩闪存卡、SD卡等等),以及既能显示(输出)数据也可以接收触控信号(输入)的触控屏幕显示器。
计算机处理系统900也可连接到通信网络(如因特网、局域网络、广域网,个人热点等等)以传送数据给联网装置并从其接收数据,其可以是其他的计算机处理系统。
图10所描绘的结构可以用各种计算机处理系统来实现,例如膝上型计算机、笔记本计算机、平板计算机、智能手机、台式计算机、服务器计算机。可以理解,图10并未示出计算机处理系统的所有功能性或实体组件。举例来说,并没有图示出电源或电源接口,然而计算机处理系统900将携带电源(例如电池)和/或可连接到电源。将进一步理解的是,特定类型的计算机处理系统将决定适当的硬件和架构,而替代的计算机处理系统可具有额外的、替代的或比那些描述的更少的组件,可结合两个或多个组件、和/或具有不同的配置或组件布置。
计算机处理系统900的操作也可以由一个或多个计算机程序模块来引起,这些模块配置计算机处理系统900以接收、处理和输出数据。一个此类计算机程序模块可以是操作系统,如(通过非限制性示例的方式)苹果iOS或Android。
如本文所用的,术语“模块”是指计算机程序指令和用于提供特定功能的其他逻辑。模块可以用硬件、固件和/或软件来实现。模块通常储存在储存装置908中,加载到内存906中并由处理器902执行。
模块可以包括一个或多个进程,和/或由进程的仅一部分来提供。本文所描述的实体实施例可以包括其他和/或不同于此处所描述的模块。此外,归因于各模块的功能可以通过在其他实施例中的其他或不同的模块执行。此外,为了清楚和方便,本说明书中偶尔会省略术语“模块”。
可以理解,由图1的各实体使用的计算机系统900的类型可以根据实体所使用的实施例和处理能力来做变化。例如,服务器系统可以包括多个刀锋服务器一起工作以提供在本文中所描述的功能。

Claims (25)

1.一种入侵检测的方法,该方法包括:
把感测装置输出数据显示成感测装置的视野的一张或多张影像;
通过图形用户界面:
接收用户输入以定义和显示与该视野的一张或多张影像相关的影像检测区域,其中该影像检测区域被关联到检测区域,该检测区域由该感测装置监控用于入侵检测;以及
接收用户输入,该用户输入定义检测向量,所述检测向量指定在被监控的视野中的预定最小位移和位移方向,其中该检测向量的图形表示被显示在该影像检测区域上;
检测目标对象;以及
至少部分地通过该检测区域追踪该目标对象,并判定该目标对象的逐步位移是否具有一分量,该分量超过在检测向量的方向上的最小位移。
2.根据权利要求1所述的方法,该方法还包括,如果该目标对象的位移具有一分量,且该分量被判定为超过在检测向量的方向上的最小位移,则激活警报条件,其中在该目标对象的初始位置或在最小位移被超过之处的该目标对象的位置的至少之一处于该检测区域内。
3.根据权利要求1所述的方法,该方法还包括,如果该目标对象的位移仅处于该检测区域内,且该目标对象的位移超过该最小位移,则激活警报条件。
4.根据权利要求2所述的方法,其中在该检测向量的方向上的位移的分量使用以下等式来确定:
I = S → · D → | D |
其中I是在该检测向量的方向上的位移的分量;
向量代表该目标对象在通过三维区域中的检测区域被追踪时的该目标对象的距离和方向;以及
向量代表该检测向量。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中该影像检测区域是在三维空间中的表面,在其上的对象移动在对应的二维影像中被投影和解释。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其中该检测区域可藉由指定关联于该检测区域的检测向量来被定义为有方向性的。
7.根据权利要求6所述的方法,其中该检测向量被指定为双向性的,并且当判定该目标对象的逐步位移超过在该向量的任一方向上的最小位移时,报警状态会被激活。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其中该检测向量的图形表示被重叠在该影像检测区域上成为在二维影像平面上的平坦箭头。
9.根据权利要求8所述的方法,其中该平坦箭头检测向量的端点被映射到由感测装置所监控的检测区域中的对应点,从而定义在被监控的检测区域中的方向和最小位移。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其中检测向量的图形表示被重叠在该影像检测区域上,作为处于被监控的检测区域内的三维箭头检测向量,其中该三维区域的端点的位置被关联到该影像检测区域,从而使该检测向量以正确的视角呈现。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法,其中所述一个或多个用户输入通过在图形用户界面上的指向装置的一个或多个输入、通过触控屏幕的一个或多个输入、该检测向量的坐标的一个或多个输入、关于轴线的方向角度的输入、和/或数值的输入而被接收。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的方法,其中该检测向量的位移和/或方向可以经由图形用户界面通过箭头的操控来定义或调整。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的方法,其中该检测向量的位移和/或方向藉由通过图形用户界面接收来自用户的检测向量的长度和/或方向角度的数值来定义或调整。
14.根据权利要求1至10中任一项所述的方法,其中该检测向量的方向角度依据三维区域中的航行方位来指定。
15.根据权利要求1至10中任一项所述的方法,其中在用户已通过图形用户界面选择了特定检测区域边缘之后,该检测向量的方向被确定为垂直于该检测区域的特定边缘。
16.根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其中检测向量的图形表示的长度在当其被显示在影像检测区域上时不是按照比例的。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法,其中该感测装置是监控照相机。
18.根据权利要求1所述的方法,其中至少部分地通过检测区域追踪目标对象的步骤包括根据在感测装置的检测区域中的视野内的该目标对象的离散检测估计目标对象路径。
19.根据权利要求18所述的方法,其中估计目标对象路径的步骤还包括预测该目标对象路径的各个区段。
20.根据权利要求18所述的方法,其中预测该目标对象路径的各个区段的步骤包括以下的一个或多个:
通过反向预测该目标对象于何处可能已经进入视野至初始检测的位置,预测在该目标对象的初始检测之前的目标对象路径;
预测在该目标对象的离散检测之间的目标对象路径;以及
预测在该视野中的目标对象的检测的最终点与该目标对象可能已离开视野的可能位置之间的目标对象路径。
21.一种系统,包括:
用户界面,以从该系统的用户接收输入;
至少一个处理单元和至少一个用于储存指令的内存,该指令由至少一个处理单元来执行,该指令被执行以:
把感测装置输出数据显示成感测装置的视野的一张或多张影像;
通过图形用户界面:
接收用户输入来定义和显示与该视野的一张或多张影像相关的影像检测区域,其中该影像检测区域被关联到检测区域,该检测区域由该感测装置监控用于入侵检测;以及
接收用户输入,该输入指定一检测向量,其指定在被监控的视野中的预定的最小位移和位移方向,其中该检测向量的图形表示被显示在该影像检测区域上;
检测目标对象;以及
至少部分地通过该检测区域追踪该目标对象,并判定该目标对象的逐步位移是否具有一分量,该分量超过在该检测向量的方向上的最小位移。
22.根据权利要求21所述的系统,其中如果该目标对象的位移具有一分量,该分量被判定为超过在该检测向量的方向上的最小位移,则所述指令被执行来激活警报条件,其中该目标对象的初始位置或该最小位移被超过的该目标对象的位置中的至少之一处于该检测区域内。
23.根据权利要求21所述的系统,其中如果该目标对象的位移仅处于该检测区域内并且该目标对象的位移超过该最小位移的话,则所述指令被执行来激活警报条件。
24.根据权利要求22所述的系统,其中在该检测向量的方向上的位移的分量使用以下等式确定:
I = S → · D → | D |
其中I是在该检测向量的方向上的位移的分量;
向量代表通过三维区域中的检测区域追踪的该目标对象的距离和方向;以及
向量代表该检测向量。
25.根据权利要求21所述的系统,其中该影像检测区域是在三维空间中的表面,在其上的对象移动在对应的二维影像中被投影和解释。
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