CN116828154A - 一种远程视频监护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程视频监护系统，包括：多个摄像装置，每个目标患者的房间中安装一个摄像装置，用于实时采集目标患者的源视频图像数据；多个图像压缩装置，一个或多个位于同一局域网络的摄像装置与一个图像压缩装置通信连接；所述远程监控服务器包括视频图像解压模块，用于对不同区域视频图像进行解压并将不同活跃区域的图像按照定时信息进行拼接。本发明可以在大幅度降低所需的存储量和数据传输量的情况下，尽可能真实地保存被监控对象的图像，既降低了监控系统对于网络和存储的要求，有降低了成本。

Description

一种远程视频监护系统

技术领域

本发明涉及基于数字云技术的远程视频设备在医学监护领域的应用。

背景技术

随着科技发展，各种类型的云端服务、远程监控设备日益普及。远程视频监控是通过网络可以达到监测世界的任何一个角落目的设备。并且其能够控制一些云台、镜头来进行储存视频和监控图像，在远程传输监控系统通过普通电话线将一些远方的活动传输到监控屏幕，而且还具备当报警触发时，接收端也可以反向的收到或者拨号报警的功能。

远程视频监控在我们生活中是比较常见的，目前主要用于道路交通、商超购物场所等，比如说一些商店里都会安装摄像头，那么这个摄像头，就可以当作一个远程的监控，用以对其内部进行实时的监控和信息的传输。另外，一些建筑工程会有施工情况的监控。

近年来，为了解决高龄者的护理问题，远距护理的服务逐渐受到重视。因此，结合了云端服务，病患或使用者的生理参数能够实时地反馈到云端服务，帮助家人或医生监控病患的健康状况。

目前远程监控过程中，最大的瓶颈在于视频图像的传输和存储，一方面是视频图像质量越来越高，对传输流量和传输速率的要求越来越高，占用大量带宽，另一方面，视频图像需要存储一定周期，而视频图像所需空间又非常庞大，其存储将占用大量存储资源，导致视频监控的存储周期非常短，往往一周或者一个月就要进行循环覆盖。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种可以大幅度降低所需数据传输量、并且可以有效对监控视频进行高清还原的远程视频监护设备。

本发明的技术方案如下：

一种远程视频监护系统，包括：多个摄像装置、多个图像压缩装置以及远程监控服务器，

每个目标患者的房间中安装一个摄像装置，用于实时采集目标患者的源视频图像数据；

一个或多个位于同一局域网络的摄像装置与一个图像压缩装置通信连接，并且将一个或多个位于同一局域网络的摄像装置采集的视频图像发送至该图像压缩装置，所述图像压缩装置用于基于每个摄像装置中的检测环境和检测目标对图像进行区别性压缩，所述图像压缩装置包括：数据下采样模块、数据存储模块、活跃区域划分模块、图像转换模块，视频图像传输模块，所述视频图像传输模块与图像压缩装置和多个摄像装置相连接，用于将实时获取的经压缩的视频数据发送到远程监控服务器，数据存储模块用于对图像压缩装置压缩处理之前以及处理之后的图像进行缓存，数据下采样模块用于获取一预定时间段内的图像，间隔采样，将间隔采样获得的多张图像汇聚到一起构成形成下采样数据集，活跃区域划分模块，所述活跃区域划分模块用于基于原始图像进行区域划分，并且将区域划分后的图像应用到下采样数据集，基于不同活跃区域形成不同活跃区域的视频图像，分别进行传输；

所述远程监控服务器包括视频图像解压模块，用于对不同区域视频图像进行解压并将不同活跃区域的图像按照定时信息(或称时序信息)进行拼接。

进一步地，所述数据下采样模块获取一预定时间段内的图像，以10-15s为单位对该段时间内的图像进行分组，形成一段子视频，对子视频中的图像进行采样获得多张图像汇聚到一起构成形成下采样数据集。

进一步地，所述活跃区域划分模块顺序调取下采样数据集中的图像进行两两比对，对于所调取出的两张图像分别进行区块划分，区块划分时，分别求取任意一张图像中每个像素位置处的横向像素梯度值、纵向像素梯度值，形成横向像素梯度分布和纵向像素梯度分布，将横向像素梯度分布和纵向像素梯度分布彼此重叠形成梯度分布图，设定梯度滤波阈值对梯度分布图分别进行滤波，仅保留梯度分布图中高于预定阈值的点，在梯度分布图上对横坐标相近的行中的保留点或保留区域中心点进行纵向连线，形成若干条纵向划分线，对纵向坐标相近的列中的保留点进行横向连线，形成若干条横向划分线，

利用所述横向划分线和纵向划分线对该组视频中的图像进行区域划分。

进一步地，对于横向划分线，判断每条横向划分线是否贯穿图像的左右两端，若未贯穿则将其延长至图像边缘，对于纵向划分线，判断每条纵向划分线是否贯穿图像的上下两端，若未贯穿则延长至图像边缘，将多条横向划分线和多条纵向划分线映射至原视频中的每张图像上，利用所获得的横向划分线和纵向划分线对图像进行区域划分，并且将该划分方式应用到该时段中的各个图像中。

优选地，选取覆盖梯度图中保留点或保留区域像素最多的划分线作为区域分割线，优选地，区域分割线彼此间隔大于一定像素值，比如，间隔大于总行列数的1/10。

进一步地，对于每个所划分的图像区域，分别计算任意两张相邻或具有预定间隔的图像中，该区域的图像变化率，

基于各个区域的图像变化率由高到低，对不同区域进行活跃度划分，分别划分为高活跃度区域、中活跃度区域和低活跃度区域。

进一步地，视频图像传输模块发送图像划分信息，图像划分信息包括：定时信息、区域数目、区域边界、每个区域在任意时刻的活跃度

进一步地，对于低活跃度区域，以任意一幅图像为基准图像，确定一系列图像的平均灰度变化率曲线，将该平均灰度变化率曲线以及基准图像分别传送到服务器，服务器利用该平均灰度变化率曲线和基准图像对于预定时间段内的图像进行复原；

对于中活跃度区域，分别调取任意两张相邻图像以及任意两张间隔预定时间的图像进行变化率计算，确定中活跃度区域中的活跃图像帧和非活跃图像帧，对于中活跃度区域中的低活跃度帧，基于顺序差分进行低活跃度连续性判断，对于判断为连续性的低活跃度帧，以第一幅或中间一幅低活跃度帧的图像为基准图像，确定连续性的低活跃度帧的平均灰度变化率曲线，将连续性的低活跃度帧标识、平均灰度变化率曲线以及基准图像分别传送到服务器；对于中活跃度区域中的非连续性的低活跃度帧，直接采用H264等有损压缩方法进行压缩。

对于高活跃度区域，将该区域的图像按照原图像进行无损压缩传输到服务器。

进一步地，所述服务器中包含图像合成模块，图像合成模块接收视频图像传输模块发送图像划分信息，图像划分信息包括：定时信息、区域数目、区域边界、每个区域在任意时刻的活跃度；

所述服务器首先基于每个划分区域的图像进行相应区域的复原，对于低活跃度区域以及中活跃度区域中的连续性的低活跃度帧，利用基准图像的像素值和平均灰度变化率曲线，对每个时间点的图像进行复原；

对于中活跃度区域中连续性的低活跃度帧之外的其他图像，以压缩时的对应解码方法进行解码；

对于高活跃度区域，将该区域的图像按照原图像进行无损解压。

进一步地，对于任意一个区域中的像素P_n，其中的每一个像素P_n(x,y)＝P₀(x,y)*(1+α％)，其中，α为该图像相对于基准图像的图像变化率。

进一步地，对于每个区域，从中选取若干标志性点，构建灰度变化矩阵，在该区域中分别取横坐标1/3、2/3位置处的点和纵坐标1/3、2/3位置处的点(x₀/3,y₀/3)，(2x₀/3,y₀/3)，(x₀/3,2y₀/3)，(2x₀/3,2y₀/3)，基于所取点位置处被压缩图像与基准图像相应位置处的灰度变化率，构建图像变化率矩阵，其中，x₀、y₀分别表示该区域的最大横坐标跨度和最大纵坐标跨度，基于该矩阵对该区域中每个图像的像素值进行校正。这是考虑到即便是同一张图像、同一个区域，由于光照等原因，灰度的变化也是不均匀的，通过这种方式，可以弥补图像中不同区域以及区域内灰度变化的不均匀性。

对于每一行，基于横向所取的标志点处的灰度变化率确定每个像素的相应变化率参数，

表示任意像素点坐标，为标志点处的灰度变化率任意一个像素点坐标，i和j分别表示行像素坐标和列像素坐标。这里仅以每行两个标志点为例进行计

算还可以在更加更多标志点。

更优选地，基于纵向变化率进一步计算每个像素点的灰度变化率参数，

将横向计算的参数与纵向计算的参数加权平均作为该像素的变化率参数。

在一种优选实现方式中，每间隔预定时间，保留一帧真实完整图像帧，用于与拼接图像进行比对，确定二者的偏差率，当二者的偏差率大于预定值时，发出报警提示，重新进行区域划分和区域变化率确定。当连续若干完整图像帧与拼接图像的偏差率大于预定值时，发出人工调试请求。偏差率可以基于所有像素点对应的偏差绝对值之和除以像素数目来确定。

本发明可以在大幅度降低所需的存储量和数据传输量的情况下，尽可能真实地保存被监控对象的图像，既降低了监控系统对于网络和存储的要求，有降低了成本。

附图说明

图1为本发明系统的视频采集、压缩和传输的示意性流程图。

图2为示例图像以及基于示例图像获得的梯度分布图；

图3为基于示例图像所形成的区域划分方式的示意图；

具体实施方式

以下结合附图及其实施例对本发明进行详细说明，但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例描述的范围之中。

实施例

根据本发明的一个方面，提供一种远程视频监护系统，包括：

多个摄像装置，每个目标患者的房间中安装一个摄像装置，用于实时采集目标患者的源视频图像数据；

多个图像压缩装置，一个或多个位于同一局域网络的摄像装置与一个图像压缩装置通信连接，并且将一个或多个位于同一局域网络的摄像装置采集的视频图像发送至该图像压缩装置，图像压缩装置用于基于每个摄像装置中的检测环境和检测目标对图像进行区别性压缩，图像压缩装置包括：数据下采样模块、数据存储模块、活跃区域划分模块、图像转换模块以及图像编码模块，

视频图像传输模块，与图像压缩装置和多个摄像装置相连接，用于将实时获取的经压缩的视频数据发送到远程监控服务器；

数据存储模块用于对图像压缩装置压缩处理之前以及处理之后的图像进行缓存；

所述远程监控服务器包括视频图像解压模块，用于对视频图像进行解压并将不同活跃区域的图像进行拼接。

活跃区域划分模块，所述活跃区域划分模块用于对所接收到的图像进行区域划分。

具体而言，获取一预定时间段内的图像，以15s为单位进行间隔采样，将间隔采样获得的多张图像汇聚到一起构成形成下采样数据集，活跃区域划分模块顺序调取下采样数据集中的图像进行两两比对，对于所调取出的两张图像分别进行区块划分。优选地，确定该预定时间段内图像的图像变化率，若该时段内的图像变化率小于预定值(比如5％)，则以该时间段内的图像作为区块划分图像，若图像变化率大于等于预定值，则选取另一时间段内的图像进行区块划分。

区块划分时，分别求取该时间段内任意一张图像中每个像素位置处的横向像素梯度值、纵向像素梯度值，形成横向像素梯度分布和纵向像素梯度分布，将二者叠加形成梯度分布图，设定梯度滤波阈值对横向像素梯度分别进行滤波，仅保留梯度分布图中高于预定阈值的点，在梯度分布图上对横坐标相近的行中的保留点进行纵向连线，形成若干条纵向划分线，类似的形成若干横向划分线，选取覆盖保留点像素最多的若干区域划分线。

对于横向划分线，判断每条横向划分线是否贯串图像的左右两端，若未贯穿则将其延长至贯串图像左右两端或达到两侧侧边(延伸优选沿该划分线的走势，对于纵向划分线，判断每条纵向划分线是否贯串图像的上下两端，若未贯穿则延长至贯串图像上下两端或达到侧边，将多条横向划分线和多条纵向划分线映射至原图像上，利用所获得的横向划分线和纵向划分线对整个图像进行区域划分，并且将该划分方式应用到该时段中的各个图像中。对于每个所划分的图像区域，分别计算任意两张间隔图像中，该区域的图像变化率。一种实现方式中，图像变化率基于平均灰度变化率确定，另一种实现方式中，图像变化率基于平均灰度变化率以及差分图像的平均灰度值来共同确定，二者各占50％权重，平均灰度变化率体现整体变化，差分图像平均灰度体现局部变化。

采用这种区域划分方式，可以最大程度保留空间中的原有物品的轮廓，而人们在房间中的活动大部分都是围绕空间中的特定物品进行的，比如、床、沙发、餐桌等。采用本发明的空间划分方法，可以将目标患者的活跃区域更好地与非活跃区域区分开。

基于各个区域的图像变化率由高到低，对不同区域进行活跃度划分，分别划分为高活跃度区域、中活跃度区域和低活跃度区域。视频图像传输模块发送图像划分信息，图像划分信息包括：定时信息、区域数目、区域边界、每个区域在任意时刻的活跃度

对于低活跃度区域，以任意一幅图像为基准图像，确定一系列图像的平均灰度变化率曲线，将该平均灰度变化率曲线以及基准图像分别传送到服务器，服务器利用该平均灰度变化率曲线和基准图像对于预定时间段内的图像进行复原。

对于中活跃度区域，分别调取任意两张相邻图像以及任意两张间隔预定时间的图像进行变化率计算，确定中活跃度区域中的活跃图像帧和非活跃图像帧，对于中活跃度区域中的低活跃度帧，基于顺序差分进行低活跃度连续性判断，对于判断为连续性的低活跃度帧，以第一幅或中间一幅低活跃度帧的图像为基准图像，确定连续性的低活跃度帧的平均灰度变化率曲线，将连续性的低活跃度帧标识、平均灰度变化率曲线以及基准图像分别传送到服务器。对于中活跃度区域中的其他图像，直接采用H264等有损压缩方法进行压缩。

对于高活跃度区域，将该区域的图像按照原图像进行无损压缩传输到服务器。每种活跃度区域的图像帧中均包含区域边界信息；

服务器中包含图像合成模块，图像合成模块接收视频图像传输模块发送图像划分信息，图像划分信息包括：定时信息、区域数目、区域边界、每个区域在任意时刻的活跃度。

服务器首先基于每个划分区域的图像进行相应区域的复原，对于低活跃度区域，利用基准图像的像素值和平均灰度变化率曲线，对每个时间点的图像进行复原。以任意一个区域P_i为例，其中的每一个像素P_i(x,y)＝P₀(x,y)*(1+α％)，其中，α为该图像相对于基准图像的图像变化率。

更优选地，对于每个区域，从中选取若干标志性点，构建灰度变化矩阵，以最简单的方式为例，在该区域中分别取横坐标1/3、2/3位置处的点和纵坐标1/3、2/3位置处的点，即，取点(x₀/3,y₀/3)，(2x₀/3,y₀/3)，(x₀/3,2y₀/3)，(2x₀/3,2y₀/3)四个点位置处与基准图像相应位置处的灰度变化率，构建图像变化率矩阵，x₀、y₀分别表示该区域的最大横坐标跨度和最大纵坐标跨度，基于该矩阵对该区域中每个图像的像素值进行校正。对于每一行，基于横向所取的标志点处的灰度变化率构建横向变化率曲线，这里，为了简化，将该横向变化率曲线设置为一阶函数，基于该一阶函数确定假设横向等梯度变化情况下，任意一点的变化率参数，

表示任意一个像素点坐标。可以直接采用该参数。更优选地，同时计算每个像素点按照纵向等梯度变化情况下的变化率参数，将两个参数平均作为该像素点的变化率参数。基于基准图像该像素点的像素值，利用该变化率参数，确定该像素点的像素值。

对于中活跃度区域中的连续性的低活跃度帧，采用与低活跃度区域图像相同的处理方法。对于中活跃度区域中的非连续性低活跃度帧，则采用对应解压方法进行解压。

对于经无损压缩传输的高活跃度区域图像，按照无损方式进行解压。

对于每个活跃度区域中的图像，基于该区域图像中包含的定时信息，将同一帧中的图像顺序调取出来，进行拼接。

在一种优选实现方式中，考虑到是对患者进行监控，在相邻区域之间进行活跃度传递。举例而言，当图像边缘的某区域活跃度由低活跃度转变为高活跃度时，提高该区域相邻区域的活跃度检测频率，比如，减小图像比对中比对对象的间隔时间。在另一种优选实现方式中，当图像边缘的某区域活跃度由低活跃度转变为高活跃度时，进行相邻区域活跃度传递，提高该区域相邻区域的活跃度评级一级。

采用本发明的压缩方法，活跃时间和活跃区域占比越低的视频图像压缩比越高，对于24帧/s的局部活跃视频而言，若将校验帧的间隔设置为30s，区域基准图像的采样间隔为24的视频图像而言，可以将压缩比控制在6％以下。即，压缩94％的存储空间，大幅度高于目前现有的视频压缩方法的压缩比。对于完全非活跃的视频，则图像压缩比更高。本发明可以节省大量的存储空间和传输带宽，进一步有利于远程监控设备的普及，有利于老年照护事业的发展。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种远程视频监护系统，其特征在于，包括：多个摄像装置、多个图像压缩装置以及远程监控服务器，

每个目标患者的房间中安装一个摄像装置，用于实时采集目标患者的源视频图像数据；

一个或多个位于同一局域网络的摄像装置与一个图像压缩装置通信连接，并且将一个或多个位于同一局域网络的摄像装置采集的视频图像发送至该图像压缩装置，所述图像压缩装置用于基于每个摄像装置中的检测环境和检测目标对图像进行区别性压缩，所述图像压缩装置包括：数据下采样模块、数据存储模块、活跃区域划分模块、图像转换模块以及视频图像传输模块，所述视频图像传输模块与图像压缩装置和多个摄像装置相连接，用于将实时获取经压缩的视频数据发送到远程监控服务器，数据存储模块用于对图像压缩装置压缩处理之前以及处理之后的图像进行缓存，数据下采样模块用于获取一预定时间段内的图像，间隔采样，将间隔采样获得的多张图像汇聚到一起构成形成下采样数据集，活跃区域划分模块，所述活跃区域划分模块用于基于原始图像进行区域划分，并且将区域划分后的图像应用到下采样数据集，基于不同活跃区域形成不同活跃区域的视频图像，分别进行传输；

所述远程监控服务器包括视频图像解压模块，用于对不同区域视频图像进行解压并将不同活跃区域的图像按照时序信息进行拼接。

2.根据权利要求1所述的远程视频监护系统，其特征在于，

所述数据下采样模块获取一预定时间段内的图像，以10-30s为单位对该段时间内的图像进行分段，每段形成一段子视频，对子视频中的图像进行间隔采样获得多张图像汇聚到一起构成形成下采样数据集。

3.根据权利要求2所述的远程视频监护系统，其特征在于，

所述活跃区域划分模块顺序调取下采样数据集中的图像进行两两比对，对于所调取出的两张图像分别进行区块划分，区块划分时，分别求取任意一张图像中每个像素位置处的横向像素梯度值、纵向像素梯度值，形成横向像素梯度分布和纵向像素梯度分布，将横向像素梯度分布和纵向像素梯度分布彼此重叠形成梯度分布图，设定梯度滤波阈值对梯度分布图分别进行滤波，仅保留梯度分布图中高于预定阈值的点，在梯度分布图上对横坐标相近的行中的保留点或保留区域中心点进行纵向连线，形成若干条纵向划分线，对纵向坐标相近的列中的保留点进行横向连线，形成若干条横向划分线，选取若干纵向和横向划分线，

利用所述横向划分线和纵向划分线对该组视频中的图像进行区域划分。

4.根据权利要求2所述的远程视频监护系统，其特征在于，

对于横向划分线，判断每条横向划分线是否贯穿图像的左右两端，若未贯穿则将其延长至图像边缘，对于纵向划分线，判断每条纵向划分线是否贯穿图像的上下两端，若未贯穿则延长至达到图像边缘，将多条横向划分线和多条纵向划分线映射至原视频中的每张图像上，利用所获得的横向划分线和纵向划分线对图像进行区域划分，并且将该划分方式应用到该时段中的各个图像中。

5.根据权利要求4所述的远程视频监护系统，其特征在于，

对于每个所划分的图像区域，分别计算任意两张相邻图像中，该区域的图像变化率，

基于各个区域的图像变化率由高到低，对不同区域进行活跃度划分，分别划分为高活跃度区域、中活跃度区域和低活跃度区域。

6.根据权利要求1所述的远程视频监护系统，其特征在于，

视频图像传输模块发送图像划分信息，图像划分信息包括：定时信息、区域数目、区域边界、每个区域在任意时刻的活跃度。

7.根据权利要求5所述的远程视频监护系统，其特征在于，

对于低活跃度区域，以任意一幅图像为基准图像，确定一系列图像的平均灰度变化率曲线，将该平均灰度变化率曲线以及基准图像分别传送到服务器，服务器利用该平均灰度变化率曲线和基准图像对于预定时间段内的图像进行复原；

对于中活跃度区域，分别调取任意两张相邻图像以及任意两张间隔预定时间的图像进行变化率计算，确定中活跃度区域中的活跃图像帧和非活跃图像帧，对于中活跃度区域中的低活跃度帧，基于顺序差分进行低活跃度连续性判断，对于判断为连续性的低活跃度帧，以第一幅或中间一幅低活跃度帧的图像为基准图像，确定连续性的低活跃度帧的平均灰度变化率曲线，将连续性的低活跃度帧标识、平均灰度变化率曲线以及基准图像分别传送到服务器；对于中活跃度区域中的非连续性的低活跃度帧，采用损压缩方法进行压缩，

对于高活跃度区域，将该区域的图像按照原图像进行无损压缩传输到服务器。

8.根据权利要求5所述的远程视频监护系统，其特征在于，

所述服务器中包含图像合成模块，图像合成模块接收视频图像传输模块发送图像划分信息，图像划分信息包括：定时信息、区域数目、区域边界、每个区域在任意时刻的活跃度；

所述服务器首先基于每个划分区域的图像进行相应区域的复原，对于低活跃度区域以及中活跃度区域中的连续性的低活跃度帧，利用基准图像的像素值和平均灰度变化率曲线，对每个时间点的图像进行复原；

对于中活跃度区域中连续性的低活跃度帧之外的其他图像，以压缩时的对应解码方法进行解码；

对于高活跃度区域，将该区域的图像按照原图像进行无损解压。

9.根据权利要求8所述的远程视频监护系统，其特征在于，

对于任意一个区域中的像素P_i，其中的每一个像素P_i(x,y)＝P₀(x,y)*(1+α％)，其中，α为该图像相对于基准图像的图像变化率。

10.根据权利要求8所述的远程视频监护系统，其特征在于，

对于每个区域，从中选取若干标志性点，构建灰度变化矩阵，在该区域中分别取横坐标1/3、2/3位置处的点和纵坐标1/3、2/3位置处的点(x₀/3,y₀/3)，(2x₀/3,y₀/3)，(x₀/3,2y₀/3)，(2x₀/3,2y₀/3)，基于所取点位置处被压缩图像与基准图像相应位置处的灰度变化率，构建图像变化率矩阵，其中，x₀、y₀分别表示该区域的最大横坐标跨度和最大纵坐标跨度，基于该矩阵对该区域中每个图像的像素值进行校正；

对于每一行，基于横向所取的标志点处的灰度变化率确定每个像素的相应变化率参数，

表示任意像素点坐标，为标志点处的灰度变化率任意一个像素点坐标，i和j分别表示行像素坐标和列像素坐标。