CN1254108C - 住宅安全监控的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一个安全监控系统包含：一个具有检测器用于在一个建筑物中检测一个警报的警报系统；至少一个用于在该建筑物内部及/或外部捕获图像数据的照相机；用于当发生警报时基于一组预定标准选择图像数据的一个子集的处理器；以及一个用于传输该图像数据子集到一个远程位置调制解调器。更可取地是，该至少一个照像机是一个摄像机，该图像数据是视频图像数据，以及该图像数据的子集是该视频图像数据的至少一个视频帧。更可取地是，处理器依据每一个视频帧满足预定标准的程度排名来自于该图像数据的每一个视频帧，而且该调制解调器传输具有最佳排名的一个预定数目的视频帧到该远程位置。更可取地是，该预定标准是从这样一个组中挑选出来的，该组包含：在视频帧中的差值区域有多居中；该差值区域有多大；在该差值区域是否包含一个大的差值区域或者一组较小的差值区域；该差值区域的对比度；在该差值区域上的照明条件；以及在该差值区域中是否检测到一个面部；视频帧是否是模糊的；在该视频帧中包含有多少肤色；在该视频帧中是否识别到一个人；以及在该视频帧中的活动区域上的照明条件。

Description

住宅安全监控的方法和装置
技术领域
本发明通常涉及安全监控系统，而且尤其涉及一个基于一组预定标准从视频监视摄像机中选择一个视频帧用于传输到一个远程监控站的安全监控系统。
背景技术
现有技术中的安全监控系统，尤其是住宅安全系统，一般使用这样一个盒子(box)，该盒子监控用于门窗的接触传感器和用于区域监控的一个或多个红外线传感器。当一个接触被触发或者一个红外传感器被触发了时，发出一个警报声，并且经由一条诸如一条电话线的数据连接发送一个信号到一个中央监控站点。该中央监控站点一般启动一组到房主、到工作处、及/或到一个指定邻居的电话，以确定该警报信号是否起因于一个未被授权的入侵者、或者只不过是起因于由一个家庭成员或者其他授权的建筑物居住者的一次意外触发而已。
如果该警报信号不能由电话解决，则它被传递到本地警察部门。依据警察局长国际协会(www.theiacp.org)，警报呼叫包含10％到30％的警察呼叫，而且在它们不是起因于一个未被授权入侵者的意义上，这些呼叫的94％到98％原来都是“假警报”。
“假警报”的重大部分(超过70％)由被称为退出/进入冲突的事件引起。例如，在一个住宅警报系统的情况中，房主或者一个住宅的其他授权居住者经常在离开该住宅的同时打开该安全系统，而且此后不久意识到他们已经把某些东西忘记在这个住宅中。当他们返回到住宅时，他们进入住宅而不中断该系统，由此导致发出一个警报声音及/或发送一个警报信号到一个中央监控站点。类似地，房主可以诸如在夜里，打开安全系统并且留在住宅内部，并且此后可以离开以获取在该住宅外部的某些东西、例如早报，由此会触发一个假警报。
鉴于该现有技术，存在有对这样一种安全监控系统的需要，在该安全监控系统中解决了这些及其他类型的进入/退出冲突。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供这样一个安全监控系统，其中减小了为现有技术中的安全监控系统所固有的假警报数量。
本发明的一个进一步目的是提供这样一个安全监控系统，其传送图像数据到一个远程监控站用于由监控工作人员检查以确定一个警报是一个真还是假的警报。
本发明的另一个目的是提供这样一个安全监控系统，其基于一组预定标准选择一部分图像数据传送到该远程监控站，以便不超过用于传送该图像数据的带宽。
因此，提供了一个安全监控系统。该安全监控系统包含：一个具有用于在一个建筑物中检测一个警报的装置的警报系统；至少一个用于在该建筑物内部及/或外部捕获图像数据的照像机；用于当发生警报时基于一组预定标准选择图像数据的一个子集的处理器；以及用于传送该图像数据子集到一个远程位置的传输装置。
具体地，本发明提供一种安全监控系统，包括：警报系统，具有用于在一个建筑物中检测警报的装置；至少一个照像机，用于在该建筑物的内部和/或外部捕获图像数据；处理器，用于根据一组预定标准在出现警报时选择该图像数据的一个子集；以及传输装置，用于发送该图像数据的子集到一个远程位置，其中至少一个照像机是摄像机，该图像数据是视频图像数据，以及该图像数据的子集是该视频图像数据的至少一个视频帧，以及其中该处理器依据基于预定标准的得分值对来自于该图像数据的每一个视频帧进行排序，并且传输装置发送预定数目的具有最高得分值高达第n个最高得分值的n个视频帧到该远程位置。
本发明还提供用于监控一个建筑物的一种方法，该方法包含以下步骤：在该建筑物中检测警报；在该建筑物的内部和/或外部捕获图像数据；根据一组预定标准在出现警报时选择该图像数据的一个子集；和发送该图像数据的子集到一个远程位置，其中该图像数据是视频图像数据，而且该图像数据的子集是该视频图像数据的至少一个视频帧，其中该方法进一步包含以下步骤：依据基于预定标准的得分值对来自于该图像数据的每一个视频帧进行排序，并且传输装置发送预定数目的具有最高得分值高达第n个最高得分值的n个视频帧到该远程位置。
更可取地，该至少一个照像机是一个摄像机，该图像数据是视频图像数据，以及该图像数据的子集是该视频图像数据的至少一个视频帧。被传输的图像数据应当是这样以便允许一个监控操作员快速地判断该警报是一个真警报还是一个假警报。更可取地，处理器依据每一个视频帧满足一组预定标准的程度，按等级排列(rank)来自于该图像数据的每一个视频帧，其中这组预定标准计算它们对于在区分假/真警报中的一个监控操作员有多少用处，并且该传输装置传输具有最佳排名(rank)的一个预定数目视频帧到该远程位置。
一种传输图像数据到远程位置的方案是在警报的时候简单地传输该帧，或者传输对应于该警报时间左右的某些时间间隔的一组帧(例如，传输在该警报之前0.5秒、在该警报处以及在该警报之后0.5秒获取的图像)。然而，这样一种方案不保证捕捉该警报的起因，并且即使该起因被捕捉了，它也未必以一种可由该监控操作员快速解释的形式进行描绘(例如，该图像可能捕捉到通过一个门离开的入侵者的脚跟)。
在本发明中的安全监控系统的最佳实现中，该处理器从每一个视频帧中减去一个已建立的背景以产生一个差值区域。计算该图像对于一个监控操作员有多大用处的预定标准是从这样一个组中挑选出来的，该组包含：在该视频帧中差值区域有多居中；在该视频帧中差值区域有多大；在该视频帧中该差值区域是包含一个大的差值区域还是一组较小的差值区域；在该视频帧中差值区域的对比度；在该视频帧中差值区域上的照明条件；以及在该视频帧中的差值区域中是否检测到一个面部。如果该预定标准包含在该视频帧的差值区域中是否检测到一个面部，则更可取地，进一步的预定标准从这样一个组中挑选出来的，该组包含：在该视频帧中面部有多少是可见的；该面部是否转向远离该视频帧；以及在该视频帧中该面部的关键特征是否可见。
在本发明的安全监控系统的替换实现中，该预定标准从这样一个组中挑选出来的，该组包含：该视频帧是否模糊；在该视频帧中包含多少肤色；在该视频帧中是否识别出一个人；以及该视频帧中的一个活动区域上的照明条件。
在本发明的安全监控的另一个最佳实现中，该系统进一步包含：一个用于记录要由计算机视觉系统分析的图像数据的图像记录系统，其中该图像数据被记录持续在该警报发生前后的一段预定时间；一个用于在由处理器分析之前把模拟图像数据转换到数字图像数据的模-数转换器；以及一个用于在传输该图像数据子集到远程位置之前压缩该图像数据子集的压缩装置。
还提供了用于安全监控一个具有本发明的安全监控系统的建筑物的方法。
附图说明
参考以下的说明书、附加权利要求以及附图，本发明中的装置和方法的这些及其它特征、方面、和优点将变为更加容易理解，其中附图包含：
图1说明了具有本发明的安全监控系统的一个建筑物的一个示意图。
图2说明了一个流程图，其概述了一种用于使用图1中的系统的最佳方法。
具体实施方式
虽然这个发明适用于许多和各种类型的安全监控系统和图像数据，但是已经发现这个发明在住宅安全监控系统和视频图像数据环境中尤其有用。因此，本发明将在这样的环境中进行描述，但并不是要把本发明局限在住宅安全监控系统和视频图像数据中。
现在参见图1，这说明了本发明的一个安全监控系统的一个最佳实现，该系统通常由参考数字100表示。该安全监控系统包含一个警报系统102，该警报系统102具有用于在一个建筑物104中检测一个未被授权个人的装置。这样的装置能够是在本技术领域中已知的任何传统的检测器，诸如用于检测一个入口门108的打开的磁门接触器106、或者一个被恰当定位以检测一个未被授权入侵者存在的红外运动检测器110。本领域普通技术人员将会认识到：可以使用任何这样类型的传统检测器而没有背离本发明的范围或者精神。
如果该警报系统102被触发了，则发出一个警报声音，及/或传输一个警报信号到一个远程监控站112或者一个当地警察派出所(在下文中两者都被称为一个“远程监控站”)。如上讨论那样，因为警报的触发是无心的、或者是由一个授权在该建筑物104中的个人(例如，一个家庭成员或者一个住宅的女仆)产生的，所以许多警报被证实是假警报。与假警报有关的问题能够通过用至少一个照像机114，以及更可取地用一组诸如用于捕获在该建筑物104内部及/或外部的个人图像数据的CCTV摄像机114、116之类的、便宜照像机来扩充该警报系统102以进行解决。对于那些放置在建筑物104的一个房间118中的照像机114、116来说，照像机114、116更可取地是被放置在房间118的高处以及被定位以具有一个尽可能完整的视图。对于进入道路120来说，建议不让照像机114位于在门108的右边，除非该照像机114具有一个背光过滤器(没有显示)。
警报系统102进一步用诸如一个图像记录系统122的、用于存储由照像机捕获的图像数据的装置、以及传输该图像数据102a到一个远程监控站的装置进行扩充，其中该传输装置最好是警报系统102的一个内部功能。更可取的是该图像记录系统122最好是一个具有一个诸如硬盘和图像捕获卡的存储设备的计算机或者其它处理器。然而，本领域普通技术人员将会认识到：图像记录系统122能够是在本领域中已知的任何类型而不背离本发明的范围和精神。
此外，还能够提供一个压缩装置124，以在传输视频图像数据到该远程监控站之前压缩该视频图像数据。这样的压缩和传输装置在本领域中是公知的，而且为了简洁起见省略了对它们的详细说明。压缩装置124能够包含依据一个标准压缩算法、诸如JPEG(用于图像数据)和MPEG(用于视频数据)来压缩数据的编码器。传输装置102a能够包含任何诸如一个调制解调器的设备，其经由一条诸如电话、ISDN、或者同轴电缆线的数据连接126传输数据。如在共同待决的美国专利申请09/908195(Docket号701609，13933)中描述的那样，一旦收到该图像数据，远程监控站112的工作人员就能够差不多地“看到”是什么导致了该警报，并且甚至能够执行将导致该警报的个人与授权在该建筑物104中的个人进行比较，在此把该美国专利申请包含在内作为其参考。
然而，给定在传输带宽上的限制，尤其是来自于一般使用一个电话(POTS)连接的住宅，仅仅从该视频图像数据发送少量视频帧到远程监控站112是实际的。本发明中的系统100挑选一部分由照像机(多个)114、116捕捉的、更能代表被触发警报的起因的图像数据，由此滤出对于即将到来的、关于该警报是一个真警报还是一个假警报的确定不是或者可能不是决定性的图像数据。因为，远程监控站112使用传输的图像数据做出它的判定，所以选择什么图像来传输是决定性的。被传输的图像数据应当是这样以便允许一个监控操作员快速地判断该警报是一个真警报还是一个假警报。在视频图像数据的情况下，传输到远程监控站点的部分是来自于该视频图像数据的一个或多个视频帧。
为了选择传输什么视频帧(多个)，本发明中的系统100首先在一个模数(A/D)转换器128中数字化该视频图像数据(如果还没有数字化的话)，并且传送被数字化了的视频图像数据到一个处理器130，其中该处理器130能够是或者包含一个计算机视觉系统132。处理器130分析该数字化了的视频图像数据，并且基于一组预定标准判断要传输什么部分(即，视频帧)。当然，该组预定标准能够包括单个条件。如果该警报系统102具有几个监控区域、且每一个区域具有一个或多个照像机的话，则将被使用的条件能够简单地是压缩并且传输来自触发警报区域的图像数据。类似地，如果使用了一个视频运动检测方案，则仅仅压缩来自于触发一个运动检测警报的照像机的视频图像数据，并且把它们传输到远程监控站112。
一组更复杂的条件能够包含使用一个建立了的背景减去技术，其从先前视频帧中删除该视频帧中表示一个背景的部分，留下已经从背景中发生变化的一组区域。在本领域中有许多已知的方法来执行这个，诸如于1999年6月、在Fort Collins Colo.、在Int.Conf.ComputerVision & Pattern Recognition，Workshop on Motion中给出的、由A.Elgammal等人所著的“Non-Parametric Model for BackgroundSubtraction”中公开的方法。
背景减去提供了一组包含可能入侵者图像的视频帧区域作为输出。能够使用某些简单的方法来评价(rate)来自于一个摄像机的一个特定视频帧是否包含具有充分质量/内容的入侵者图像，以便发送到中央监控站112。例如，通过背景减去检测到的区域(在该视频帧中)越居中，就是更好的帧图像显示该入侵者，而且是越好的用于发送到一个监控站的视频帧速率。除了居中之外，其它用于评价一个视频帧的条件包含：一个大的区域或者一组较小的区域是否被报告了，该区域是否显示了好的对比度，或者该区域是大的还是小的。
类似地，借助于计算机视觉系统132，面部检测能够应用于该区域。这样的计算机视觉系统和算法在本领域是公知的，诸如1996年Advances in Neural Information Processing Systems 8的875-881页、由H.Rowley等人所著的“ Human Face Detection in Visual Scenes”，和1998年6月、在Proceedings of IEEE Conference on ComputerVision and Pattern Recognition上、由H.Rowley等人所著的“ Rotation Invariant Neural Network-Based Face Detection”中公开的那些。简要来说，这样的计算机视觉系统132在图像数据的像素当中寻找肤色(因为肤色具有一个独特的色调)。如果一组肤色像素超过一个阈值(即，图像数据的20％)，则计算机视觉系统断定该组可能是一个面部。如果满足了用于该组的其它条件、诸如具有一个好象是五官(例如，两个眼睛、一个鼻子、和一个嘴巴)的椭圆形状和区域，则计算机视觉系统断定该像素组是未被授权个人的面部。该面部越可视，该图像等级就越好。更可视能够意指：该面部有多少是可看到的(多多益善)、该面部是转过来还是转过去、以及诸如眼睛的关键特征是否可见。
计算机视觉系统132能够被使用用于其它图像处理技术来判断哪个视频图像数据要被传输到远程监控站112。这样的技术能够使用以下条件来选择要被传输到该远程监控站的部分视频图像数据：最不模糊的视频帧、包含最多肤色信息的视频帧、在该活动或者差值区域上具有最好照明条件的视频帧、其中识别出一个人的存在的视频帧、等。
更可取地是，在该警报时间周围建立一个特定时间限制，例如在该警报被触发之前(t1秒)和之后(t2秒)的一个预定时间。在这个时间周期(t1..t2)中、来自于照像机(多个)114、116的所有视频图像数据被分析了，并且基于一组可以包含上述条件中任何一个或多个的预定标准给予这些数据一个等级。最好得分的n个视频帧被发送到中央监控站，其中n能够是任何数字。更可取地是n＝1，即单个视频帧被压缩和传输到该远程监控站112。
现在将参考图2简要地描述本发明的方法，该方法使用在图1中说明的安全监控系统的最佳实现。图2的方法通常由附图标记200引用。在步骤202处，在一个诸如一个住宅的建筑物104中触发一个警报。该警报由在本领域中已知的任何传统装置，诸如可操作连接到警报系统102的检测器106、110检测到。在步骤204，由照像机114、116捕获的图像数据、更可取地是视频图像数据，由该图像记录系统122记录t1到t2的一段最佳阶段，t1是以秒为单位、刚好在触发该警报之前的一个阶段，而t2是在秒为单位、在触发该警报之后的一个阶段。
在步骤206处，为从t1到t2阶段记录的视频图像数据由A/D转换器128数字化，并且被提供给一个处理器130，其中该处理器130可以是或者包含一个计算机视觉系统132。在步骤208，由处理器130及/或计算机视觉系统132依据一组预定标准、诸如上述任何一个或多个条件，分析该数字化了的视频图像数据。在步骤210，依据在该数字化的视频图像数据中的每一个视频帧满足预定标准的情况按排名。在步骤212，具有最佳排名的预定数目n个视频帧更可取地是在由传输装置102a传输到远程监控站112之前，由压缩装置124进行压缩。如上讨论所述，n更可取地是1。
本领域普通技术人员将会意识到：本发明的系统和方法通过把来自于一组CCTV照像机的最有用图像传输到一个远程监控站，提供了滤出假警报的能力，其中监控工作人员(或者本地警察)能够检查它并且作出有关该警报是否为假的判定。
虽然已经显示和描述了被认为是本发明最佳实施例的内容，当然应当理解：能够容易地在形式或者细节中做出各种修改和变化而不背离本发明的精神。因此意图使本发明不局限于所描述和说明的确切形式，但是应当被构造为覆盖可能属于附加权利要求范围的所有修改。

Claims (8)

1.一种安全监控系统(100)，包括：
警报系统(102)，具有用于在一个建筑物(104)中检测警报的装置；
至少一个照像机(114，116)，用于在该建筑物(104)的内部和/或外部捕获图像数据；
处理器(130)，用于根据一组预定标准在出现警报时选择该图像数据的一个子集；以及
传输装置(102a)，用于发送该图像数据的子集到一个远程位置(112)，
其中至少一个照像机(114，116)是摄像机，该图像数据是视频图像数据，以及该图像数据的子集是该视频图像数据的至少一个视频帧，以及
其中该处理器(130)依据基于预定标准的得分值对来自于该图像数据的每一个视频帧进行排序，并且传输装置(102a)发送预定数目的具有最高得分值高达第n个最高得分值的n个视频帧到该远程位置(112)。
2.如权利要求1所述的安全监控系统，其中该处理器(130)从每一个视频帧中减去已建立的背景，产生一个差值区域，并且其中预定标准是从这样一个组中选择出来的，该组包含：在该视频帧中该差值区域有多居中；在该视频帧中该差值区域有多大；在该视频帧中该差值区域是包含一个大的差值区域还是一组较小的差值区域；在该视频帧中该差值区域的对比度；在该视频帧中该差值区域上的照明条件；和在该视频帧中在该差值区域中是否检测到面部。
3.如权利要求2所述的安全监控系统，其中如果该预定标准组包含在该视频帧的差值区域中是否检测到面部，则另一组预定标准是从这样一个组中选择出来的，该组包含：在该视频帧中该面部有多少是可见的；该面部是转向还是远离该视频帧；以及在该视频帧中该面部的关键特征是否是可见的。
4.如权利要求1所述的安全监控系统，其中预定标准是从这样一个组中选择出来的，该组包含：该视频帧是否是模糊的；在该视频帧中包含多少肤色；在该视频帧中是否识别一个人；以及在该视频帧中在一个运动区域上的照明条件。
5.用于监控一个建筑物(104)的一种方法，该方法包含以下步骤：
在该建筑物(104)中检测警报；
在该建筑物(104)的内部和/或外部捕获图像数据；
根据一组预定标准在出现警报时选择该图像数据的一个子集；和
发送该图像数据的子集到一个远程位置(112)，
其中该图像数据是视频图像数据，而且该图像数据的子集是该视频图像数据的至少一个视频帧，其中该方法进一步包含以下步骤：
依据基于预定标准的得分值对来自于该图像数据的每一个视频帧进行排序，并且传输装置发送预定数目的具有最高得分值高达第n个最高得分值的n个视频帧到该远程位置(112)。
6.如权利要求5所述的方法，其中该方法进一步包含以下步骤：
从每一个视频帧中减去已建立的背景，产生一个差值区域，并且其中预定标准是从这样一个组中选择出来的，该组包含：在该视频帧中该差值区域有多居中；在该视频帧中该差值区域有多大；在该视频帧中该差值区域是包含一个大的差值区域还是一组较小的差值区域；在该视频帧中该差值区域的对比度；在该视频帧中该差值区域上的照明条件；以及在该视频帧中在该差值区域中是否检测到面部。
7.如权利要求6所述的方法，其中如果预定标准包含在该视频帧的差值区域中是否检测到面部，则另一组预定标准是从这样一个组中选择出来的，该组包含：在该视频帧中该面部有多少是可见的；该面部是转向还是远离该视频帧；以及在该视频帧中该面部的关键特征是否是可见的。
8.如权利要求5所述的方法，其中该组预定标准是从这样一个组中选择出来的，该组包含：该视频帧是否是模糊的；在该视频帧中包含多少肤色；在该视频帧中是否识别一个人；以及在该视频帧中在一个运动区域上的照明条件。
CNB01804560XA 2000-12-06 2001-11-23 住宅安全监控的方法和装置 Expired - Lifetime CN1254108C (zh)

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US09/730,677 US6411209B1 (en) 2000-12-06 2000-12-06 Method and apparatus to select the best video frame to transmit to a remote station for CCTV based residential security monitoring

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