基于多尺度图的视频突发事件监测方法及系统
技术领域
本公开涉及视频监控技术领域,特别是涉及基于多尺度图的视频突发事件监测方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术,并不必然构成现有技术。
在实现本公开的过程中,发明人发现现有技术中存在以下技术问题:
当前,视频监控技术呈现新的变化趋势:一方面随着信息技术的不断发展,智能视频技术逐渐取代传统视频监控技术,旨在实现实时监控、跟踪分析等功能,增大了监控系统操作的复杂性;另一方面,视频监控内容激增,新的监控需求要求视频监控系统具备视频内容全局上的异常检测能力,处理内容增加,处理能力增大,导致监控系统的处理视频的复杂程度增加;
传统智能视频监控技术,站在“目标监控”的立场上,对检测目标进行确认、跟踪、行为识别与匹配,难以应对上述全局内容上的突发事件监测。行为识别与匹配依赖于行为模板的建立,难以应对突发行为的异常检测。因此,基于目标检测、跟踪、识别的智能视频监控系统无法基于上述全局视频下进行异常事件监测,最终导致视频监控系统迁移能力不足,不同应用场景下的业务需求变化无法得到快速响应并完成实时迁移。
发明内容
为了解决现有技术的不足,本公开提供了基于多尺度图的视频突发事件监测方法及系统;该方法对原始视频数据进行关键帧提取,形成视频摘要序列,然后根据DTW算法进行视频内容周期估算,得到视频监测内容的运转周期,以周期为单位生成多尺度图模型并得到一组多尺度图模型的中值图,利用中值图对每个运转周期内的视频内容进行观测和计算并执行异常检测,定位异常周期,有效的完成视频突发事件监测。
第一方面,本公开提供了基于多尺度图的视频突发事件监测方法;
基于多尺度图的视频突发事件监测方法,包括:
输入待监测视频,对待监测视频进行关键帧提取,构建视频摘要序列;
对视频摘要序列进行视频内容周期估算,从而得到视频内容的运转周期;
基于每个运转周期内的所有关键帧,构建每个运转周期的多尺度图;
设定第一滑动窗口,所述第一滑动窗口内包含若干个运转周期;计算第一滑动窗口内每一个多尺度图与第一滑动窗口内其他所有多尺度图的差异系数,将每一个多尺度图对应的所有差异系数累积求和,将累积求和最小值对应的多尺度图视为第一滑动窗口的中值图;
将第一滑动窗口内的每一运转周期待监测的多尺度图与第一滑动窗口的中值图进行比较,得到差异系数Ln,将差异系数Ln与预定义阈值进行比较,如果大于等于预定义阈值,则得出第一滑动窗口中该运转周期内发生突发事件;否则,第一滑动窗口继续向下滑动一个周期,并更新第一滑动窗口内的多尺度图序列与中值图,执行新一轮突发事件的监测。
第二方面,本公开还提供了基于多尺度图的视频突发事件监测系统;
基于多尺度图的视频突发事件监测系统,包括:
关键帧提取模块,其被配置为:输入待监测视频,对待监测视频进行关键帧提取,构建视频摘要序列;
运转周期计算模块,其被配置为:对视频摘要序列进行视频内容周期估算,从而得到视频内容的运转周期;
多尺度图构建模块,其被配置为:基于每个运转周期内的所有关键帧,构建每个运转周期的多尺度图;
中值图获取模块,其被配置为:设定第一滑动窗口,所述第一滑动窗口内包含若干个运转周期;计算第一滑动窗口内每一个多尺度图与第一滑动窗口内其他所有多尺度图的差异系数,将每一个多尺度图对应的所有差异系数累积求和,将累积求和最小值对应的多尺度图视为第一滑动窗口的中值图;
突发事件监测模块,其被配置为:将第一滑动窗口内的每一运转周期待监测的多尺度图与第一滑动窗口的中值图进行比较,得到差异系数Ln,将差异系数 Ln与预定义阈值进行比较,如果大于等于预定义阈值,则得出第一滑动窗口中该运转周期内发生突发事件;否则,第一滑动窗口继续向下滑动一个周期,并更新第一滑动窗口内的多尺度图序列与中值图,执行新一轮突发事件的监测。
第三方面,本公开还提供了一种电子设备,包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令,所述计算机指令被处理器运行时,完成第一方面所述方法的步骤。
第四方面,本公开还提供了一种计算机可读存储介质,用于存储计算机指令,所述计算机指令被处理器执行时,完成第一方面所述方法的步骤。
与现有技术相比,本公开的有益效果是:
(1)本发明在视频监控运行过程中对采集数据进行突发事件检测进而有效的监测视频内容,无需先验知识,可进行在线实时无监督视频突发事件监测。
(2)本发明的方法提出基于多尺度图模型对周期视频内容进行建模,理论上能更好的描述周期下视频内容的关联性。同时,该方法通过多尺度图模型之间的差异度量解决视频突发事件监测的关键问题,克服了传统“目标监控”行为匹配方式无法反映全局内容上的视频突发事件的缺点,能够实现对全局内容的突发事件监测,增强了不同场景下视频突发事件监测的迁移能力。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。
图1是第一个实施例的视频突发事件监测方法的流程图;
图2是第一个实施例的多尺度图模型示意图。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
专业术语解释:
视频摘要序列:利用帧间差分法从原始视频数据中提取的可以代表一定内容的帧,M={m1,m2,...mn...}。
多尺度:对关键帧从多种角度进行描述,通过HSV、HOG特征对关键帧节点进行特征化,通过节点间H-S直方图的卡方检验和及HOG特征的相似度按照一定权重加和后对边eij赋权重。
多尺度图:以周期为单位,周期内的关键帧为节点,提取关键帧的HOG特征、H-S直方图归一化后作为节点的特征,任意两节点间H-S直方图的卡方检验及HOG特征的相似度按照一定权重加和后作为边eij的权重构成多尺度图G,该图反映了一个周期内关键帧内容上的关联性,如图2所示。
差异系数:两个多尺度图对应边的欧式距离累加和称为差异系数,差异系数反映两个多尺度图之间结构的差异性。
中值图:利用一个长度固定的第一滑动窗口,对第一滑动窗口内的多尺度图序列进行比较,得到各图之间的差异系数,取差异系数累加和最小的多尺度图作为中值图,中值图可以解决最小化优化问题。
实施例一,本实施例提供了基于多尺度图的视频突发事件监测方法;
如图1所示,基于多尺度图的视频突发事件监测方法,包括:
步骤(1):输入待监测视频,对待监测视频进行关键帧提取,构建视频摘要序列;
步骤(2):对视频摘要序列进行视频内容周期估算,从而得到视频内容的运转周期;
步骤(3):基于每个运转周期内的所有关键帧,构建每个运转周期的多尺度图;
步骤(4):设定第一滑动窗口,所述第一滑动窗口内包含若干个运转周期;计算第一滑动窗口内每一个多尺度图与第一滑动窗口内其他所有多尺度图的差异系数,将每一个多尺度图对应的所有差异系数累积求和,将累积求和最小值对应的多尺度图视为第一滑动窗口的中值图;
步骤(5):将第一滑动窗口内的每一运转周期待监测的多尺度图与第一滑动窗口的中值图进行比较,得到差异系数Ln,将差异系数Ln与预定义阈值进行比较,如果大于等于预定义阈值,则得出第一滑动窗口中该运转周期内发生突发事件;否则,第一滑动窗口继续向下滑动一个周期,并更新第一滑动窗口内的多尺度图序列与中值图,执行新一轮突发事件的监测。
作为一个或多个实施例,所述步骤(1)中,输入待监测视频,对待监测视频进行关键帧提取,构建视频摘要序列;具体步骤包括:
步骤(1-1):关键帧提取:采用帧间差分法对输入的待监测视频进行关键帧提取;
步骤(1-2):构建视频摘要序列:将步骤(1-1)中提取出的关键帧按照时间顺序构成视频摘要序列M={m
1,m
2,...m
n},
其中,k是节点m
k的标识。
应理解的,所述步骤(1-1)的有益效果是:剔除冗余内容,减少后续监测过程的数据处理量,提高实时性。
应理解的,所述步骤(1-2)的视频摘要序列可以反映完整的视频内容。
作为一个或多个实施例,所述步骤(2)中,对视频摘要序列进行视频内容周期估算,从而得到视频内容的运转周期;具体步骤包括:
步骤(2-1):关键帧向量化:在得到视频摘要序列后,为体现颜色的直观特性,将视频摘要序列中的关键帧由RGB空间转换到HSV空间中,;
步骤(2-2):设定若干个不同长度的第二滑动窗口,将每一个长度的第二滑动窗口在视频摘要序列中的关键帧上滑动,每滑动一次得到一个关键帧序列;计算相邻关键帧序列的DTW(Dynamic Time Warping,动态时间归整)累计距离;
根据相邻关键帧序列的DTW累计距离,计算累计距离增长率;
累计距离增长率最小值,所对应的第二滑动窗口的长度,即为视频内容的运转周期。
应理解的,所述步骤(2-1):关键帧向量化:在得到视频摘要序列后,将关键帧转换到HSV空间中,分别将H空间划分为0-7量化等级,S、V空间划分为 0-2量化等级,将HSV空间的量化等级累加求和形成多维矢量。
应理解的,所述步骤(2-2):相邻滑动窗口计算DTW累计距离:截取不同长度pi∈[Min_lp,Max_lp]计算相邻关键帧序列的DTW累计距离并形成累计距离矩阵D={d_pMin_lp,d_pMin_lp+1,...d_pMax_lp},其中Min_lp为最小预测周期,Max_lp为最大预测周期,根据滑动窗口获取时序上相邻的两个关键帧序列Seq1,Seq2,其中 Seq1={k1,k2,...kpi},Seq2={kpi+1,kpi+2,...k2pi},两个相邻序列间的累计距离 d_pi=DTW(Seq1,Seq2)。
估算视频内容周期:根据累计距离构造累计距离增长率矩阵 R={r_p
Min_lp,r_p
Min_lp+1,...r_p
Max_lp},
周期period等于累计距离增长率rate最小的周期长度。
作为一个或多个实施例,所述步骤(3)中,基于每个运转周期内的所有关键帧,构建每个运转周期的多尺度图;具体步骤包括:
步骤(3-1):提取每个运转周期内每个关键帧的HOG(Histogram of OrientedGradient,方向梯度直方图)特征和H-S(Hue-Saturation,色彩-饱和度)直方图;
步骤(3-2):计算任意两个关键帧的HOG特征的相似度;计算任意两个关键帧的H-S直方图的卡方检验值;计算任意两个关键帧的HOG特征的相似度与 H-S直方图的卡方检验值的加权求和;
以每个周期内的关键帧作为节点,以加权求和所得到的值作为节点之间连线的权值;构建每个运转周期的多尺度图。
应理解的,所述步骤(3-1):提取周期内关键帧特征:对一个周期内的关键帧提取HOG特征、H-S直方图归一化后作为关键帧的特征,降低后续所需处理数据大小及冗余。
应理解的,所述步骤(3-2):建立多尺度图模型:以一个周期内的关键帧作为多尺度图的节点,任意两个节点间H-S直方图的卡方检验值及HOG特征的相似度按照一定权重加和后作为边eij的权值dij:
dij=CHISQR_ALT{ki,kj}+Similarity{ki,kj};
构成多尺度图G。
作为一个或多个实施例,所述步骤(4)中,设定第一滑动窗口,所述第一滑动窗口内包含若干个运转周期;计算第一滑动窗口内每一个多尺度图与第一滑动窗口内其他所有多尺度图的差异系数,将每一个多尺度图对应的所有差异系数累积求和,将累积求和最小值对应的多尺度图视为第一滑动窗口的中值图;具体步骤包括:
利用固定长度为Lg的第一滑动窗口,所述第一滑动窗口内包含若干个运转周期;第一滑动窗口内的所有运转周期的多尺度图,形成多尺度图序列 S={G1,G2,...GLg},其中,GLg表示第Lg个多尺度图;
计算第一滑动窗口内每一个多尺度图与第一滑动窗口内其他所有多尺度图的差异系数Ln,任意两个多尺度图之间的差异系数Ln表示任意两个周期间内容的相似性;其中,
Ln=DEWV{G,G'},
其中,G代表当前多尺度图,G'代表第一滑动窗口内其他任一用于比较的多尺度图;
其中,X为多尺度图内包含的关键帧顶点个数,dij代表当前多尺度图第i个顶点与第j个顶点间边eij的权值,dij'代表用于比较的多尺度图对应的第i个顶点与第j个顶点间边eij'的权值;
将第一滑动窗口内每一个多尺度图对应的所有差异系数累积求和,将累积求和最小值对应的多尺度图视为第一滑动窗口的中值图;
定义中值图
为第一滑动窗口内差异系数累计和最小的图:
其中,Lg代表第一滑动窗口的固定长度,S是第一滑动窗口内的所有运转周期的多尺度图形成的多尺度图序列,S={G1,G2,...GLg},G为多尺度图序列内计算差异系数累计和的当前多尺度图,Gi为第一滑动窗口内其他用于与G参照的多尺度图。
作为一个或多个实施例,所述步骤(5)中,将第一滑动窗口内的每一运转周期待监测的多尺度图与第一滑动窗口的中值图进行比较,得到差异系数Ln,将差异系数Ln与预定义阈值进行比较,如果大于等于预定义阈值,则得出第一滑动窗口中该运转周期内发生突发事件;否则,第一滑动窗口继续向下滑动一个周期,并更新第一滑动窗口内的多尺度图序列与中值图,执行新一轮突发事件的监测;具体步骤包括:
利用中值图与当前待检测多尺度图Gh进行比较,得差异系数Ln,将Ln与预定义阈值λ进行比较,若Ln≥λ,则判断当前运转周期发生突发事件;反之,若 Ln<λ,第一滑动窗口向后滑动一个周期并更新多尺度图序列S与中值图执行新一轮突发事件检测。
实施例二,本实施例还提供了基于多尺度图的视频突发事件监测系统;
基于多尺度图的视频突发事件监测系统,包括:
关键帧提取模块,其被配置为:输入待监测视频,对待监测视频进行关键帧提取,构建视频摘要序列;
运转周期计算模块,其被配置为:对视频摘要序列进行视频内容周期估算,从而得到视频内容的运转周期;
多尺度图构建模块,其被配置为:基于每个运转周期内的所有关键帧,构建每个运转周期的多尺度图;
中值图获取模块,其被配置为:设定第一滑动窗口,所述第一滑动窗口内包含若干个运转周期;计算第一滑动窗口内每一个多尺度图与第一滑动窗口内其他所有多尺度图的差异系数,将每一个多尺度图对应的所有差异系数累积求和,将累积求和最小值对应的多尺度图视为第一滑动窗口的中值图;
突发事件监测模块,其被配置为:将第一滑动窗口内的每一运转周期待监测的多尺度图与第一滑动窗口的中值图进行比较,得到差异系数Ln,将差异系数 Ln与预定义阈值进行比较,如果大于等于预定义阈值,则得出第一滑动窗口中该运转周期内发生突发事件;否则,第一滑动窗口继续向下滑动一个周期,并更新第一滑动窗口内的多尺度图序列与中值图,执行新一轮突发事件的监测。
实施例三,本实施例还提供了一种电子设备,包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令,所述计算机指令被处理器运行时,完成实施例一所述方法的步骤。
实施例四,本实施例还提供了一种计算机可读存储介质,用于存储计算机指令,所述计算机指令被处理器执行时,完成实施例一所述方法的步骤。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。