TWI408623B - 監視系統及其監視影像錄製方法，及其機器可讀取媒體 - Google Patents

Description

監視系統及其監視影像錄製方法，及其機器可讀取媒體

本發明係有關於一種監視系統及其相關監視影像錄製方法，特別是有關於一種可以自動判別錄影時間點的監視系統及其相關監視影像錄製方法。

監視系統一般係應用於社會安全防治、交通管理，甚至是娛樂旅遊等方面。一般而言，監視系統的存儲受限於需紀錄長時間的影像，進而犧牲畫質，或是減少錄影的時間。對於市面上的監視器來說，只提供了單純的錄影功能，還必須24小時不斷錄影，因此所佔空間極大。

因此，如何能自動決定錄影時間點對監視系統而言是一個很重要的課題。

有鑑於此，本發明提供一種可自動決定錄影時間點之之監視系統及其監視影像錄製方法，以解決上述的問題。

本發明實施例提供一種監視影像錄製方法，用以錄製監視影像。包括下列步驟。首先，擷取一監視影像。接著，依據監視影像以及一先前監視影像，得到一前景影像以及一背景影像。分別依據前景影像以及背景影像產生一亮度資訊以及一門檻值。之後，依據亮度資訊以及門檻值，判斷是否有一移動物體出現於監視影像中。當判斷為有移動物體出現於監視影像中時，開始錄製監視影像。

本發明實施例另提供一種監視系統，包括一影像擷取單元、一影像分析單元以及一影像處理單元。影像擷取單元擷取/錄製一監視影像。影像分析單元係耦接至影像擷取單元，用以得到監視影像，依據監視影像以及一先前監視影像，得到一前景影像以及一背景影像。影像處理單元係耦接至影像分析單元，用以分別依據前景影像以及背景影像產生一亮度資訊以及一門檻值，依據亮度資訊以及門檻值，判斷是否有一移動物體出現或消失於監視影像中。其中，當判斷為有移動物體出現時，影像處理單元致使影像擷取單元開始錄製監視影像，而當判斷為移動物體消失時，影像處理單元致使影像擷取單元停止錄製監視影像。

本發明上述方法可以透過程式碼方式收錄於實體媒體中。當程式碼被機器載入且執行時，機器變成用以實行本發明之裝置。

為使本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

第1圖顯示依據本發明實施例之監視系統。如圖所示，監視系統100至少包括一影像擷取單元110、一影像分析單元120、一影像處理單元130以及一記憶體單元140。影像擷取單元110(例如攝影機)係用以擷取/錄製一監視影像。其中，擷取的監視影像可為一特定監視區域的影像，用以輔助後續的移動物體的判斷。影像分析單元120係耦接至影像擷取單元110，可根據一特定演算法由一監視影像中分離出一前景影像以及一背景影像。舉例來說，影像分析單元120可利用一時間差分法(temporal difference method)，依據目前得到的監視影像以及先前所得的監視影像，得到背景影像，再利用一背景相減法，依據監視影像以及背景影像，得到前景影像，但不限於此。

影像處理單元130係耦接至影像分析單元120，用以分別依據影像分析單元120所分離出的前景影像以及背景影像產生一亮度資訊以及一門檻值，並依據亮度資訊以及門檻值，判斷是否有一移動物體出現或消失於監視影像中，進而控制影像擷取單元110(例如攝影機)擷取/錄製一監視影像或停止錄製監視影像。當判斷為有移動物體出現時，影像處理單元130將致使影像擷取單元100開始錄製監視影像，而當判斷為移動物體消失時，影像處理單元130將致使影像擷取單元110停止錄製監視影像。記憶體單元150具有一固定長度之可錄影時間，用以儲存影像擷取單元110所錄製的監視影像。

影像處理單元130可更包括一亮度計算模組132以及一門檻值產生模組134。亮度計算模組132可依據前景影像得到一亮度資訊。門檻值產生模組134則可依據背景影像的環境資訊例如其光源亮度資訊來產生一門檻值。其中，此門檻值係可動態的依據監視場景的環境來進行調整。其中，門檻值產生模組134係依據背景影像的一亮度資訊來調整門檻值，其中當亮度資訊表示場景較亮時，門檻值將被提高，而當亮度資訊表示場景較暗時，門檻值將被降低。請參照第4圖，顯示依據本發明實施例之動態門檻值的對應曲線。如第4圖所示，X軸表示背景的平均像素值，Y軸表示其對應的門檻值，在背景像素平均值為0~40之間，對應的門檻值為20~30，在背景像素平均值為40~200之間，對應的門檻值為30~50，在背景像素平均值為200~255之間，對應的門檻值為50~60。因為背景平均值跟場景的亮度有絕對關係，而且背景的平均值在低於40跟高於200的情況較少見，所以在背景平均值低於40跟高於200的情況下，只對應到較小的門檻值區域，而將40到200之前的情況對應到大部分的門檻值。因此，可藉由調整門檻值來增加判別的準確性。

其中，時間差分法主要考慮前一個監視影像的背景影像跟現在的監視影像的前景影像，來計算出目前監視影像的背景影像。由於此方法是動態且連續的做背景更新，所以對於光線的改變有很強的適應力。時間差分法的公式如下式(1)所示：

B(x,y,t)=(1-α)*B(x,y,t-1)+α*I(x,y,t).................(1)

其中，B表示時間差分法求出的背景影像，I表示目前的影像，x、y表示像素位置，t表示某一時間點所得到的監視影像，α表示一個自適應值。實驗求出當α=0.05時，在更新速率與動態物體判別間，可以取得最佳的平衡點。於公式(1)中，假設α=0.05時，其意義為要求出目前監視影像的時間差分法背景影像(B(x,y,t))必須由95%的先前監視影像的時間差分法模組((1-α)*B(x,y,t-1))加上5%的目前監視影像(α*I(x,y,t))。

由於影像擷取單元110必須長時間不斷的處於開啟的狀態，因此會遇到許多場景緩慢更新的情況，例如太陽慢慢下山，畫面明亮度漸漸變暗，採用此方法可以不斷的動態更新背景而且又是一個快速的演算法。

接著，再利用下列公式(2)所示的背景相減法，將目前的影像(I(x,y,t))和利用時間差分法求出的背景影像相減，如此便可得到前景影像S(x,y,t)：

S(x,y,t)=I(x,y,t)-B(x,y,t)..................................(2)

其中，此前景S(x,y,t)即為移動中的物體。

第2圖顯示一依據本發明實施例之監視影像錄製方法之流程圖。依據本發明實施例之監視影像錄製方法可以適用於如第1圖所示的監視系統100上。

首先，如步驟S202，透過影像擷取單元110擷取一監視影像。其中，監視影像中包括一前景影像與一背景影像。取決於影像擷取單元110的種類，擷取到的監視影像可為一灰階影像或非灰階影像例如一彩色RGB影像或一多色階影像。

接著，如步驟S204，影像分析單元120接收並依據所擷取到的監視影像以及一先前擷取到的監視影像，並利用一特定演算法，得到一前景影像以及一背景影像。須提醒的是，與此步驟中，若擷取到的影像非為灰階影像(例如彩色RGB影像或多色階影像)時，為了計算方便，影像分析單元120會先將擷取到的監視影像轉為對應的灰階影像，再分別對每一灰階影像執行後續的計算流程。舉例來說，影像分析單元120可利用前述的時間差分法，依據目前得到的監視影像以及先前所得的監視影像，得到背景影像，再利用前述的背景相減法，依據監視影像以及背景影像，得到前景影像，將移動中的物體從影像中分離出來。

於影像分析單元120得到前景影像以及背景影像之後，將前景影像以及背景影像送至影像處理單元130。如步驟S206，影像處理單元130分別依據前景影像以及背景影像產生一亮度資訊以及一門檻值。其中，影像處理單元130中的亮度計算模組132可先計算前景影像中所有像素的一總色彩濃度(例如灰階值)、再利用總色彩濃度除以總像素的個數，得到一平均色彩濃度，將此平均色彩濃度設為前景影像的亮度資訊。門檻值產生模組134則可依據背景影像的環境資訊例如其光源亮度資訊來產生一門檻值。其中，此門檻值係可動態的依據監視場景的環境來進行調整。其中，門檻值產生模組134係依據背景影像的一亮度資訊來調整門檻值，其中當亮度資訊表示場景較亮時，門檻值將被提高，而當亮度資訊表示場景較暗時，門檻值將被降低。

接著，如步驟S208，影像處理單元130依據步驟S206算出的亮度資訊以及門檻值，判斷是否有一移動物體出現於監視影像中。舉例來說，影像處理單元130可判斷亮度資訊是否大於門檻值來決定是否有移動物體出現於監視影像中。於一實施例中，當亮度資訊大於門檻值時，影像處理單元130便認定可能有移動物體出現於監視影像中。當判斷為有移動物體出現於監視影像中時(步驟S208的是)，如步驟S210，表示有物體進入監視區域，便開始錄製監視影像。此時，影像處理單元130將致使影像擷取單元110開始錄製監視影像，並且將錄製的監視影像儲存於記憶體單元140中。流程接著回到步驟S202擷取下一次的監視影像進行判斷。

當判斷為沒有移動物體出現於監視影像中時(步驟S208的否)，若此時尚未開始錄製影像，則直接回到步驟S202擷取下一次的監視影像進行判斷。若已經開始錄製影像，如步驟S212，影像處理單元130接著判斷是否有移動物體消失於監視影像中。於一實施例中，當亮度資訊小於或等於門檻值時，影像處理單元130便認定可能移動物體已消失於監視影像中。當判斷為移動物體仍然在監視影像中時(步驟S212的否)，直接回到步驟S202擷取下一次的監視影像進行判斷。當判斷為移動物體已消失於監視影像中時(步驟S212的是)，如步驟S214，表示物體已經消失於監視區域，便停止錄製監視影像。此時，影像處理單元130將致使影像擷取單元110停止錄製監視影像。

於一實施例中，為了可以盡量不要遺失任何物體進入畫面的鏡頭，因此，更採用兩個門檻值：開始錄製門檻值與停止錄製門檻值，分別用以表示第一既定次數以及第二既定次數，用以判別是否開始或停止錄製影像，且其中停止錄製門檻值係大於開始錄製門檻值，以避免突然過高的雜訊或是一瞬間的亮度改變所造成的誤判。若偵測出的場景像素平均值高於所算出的動態門檻值時，則將前景計數值加一，而不馬上開始錄製影像，直到前景計數值大於預設的開始錄影門檻值(第一既定次數)時，系統才開始錄影。於系統開始錄製影像後，影像處理單元130可更利用一背景計數值來決定是否停止錄製影像。若偵測出的場景像素平均值低於所算出的動態門檻值，則將背景計數值加一，不馬上停止錄影，直到背景計數值大於預設的停止錄影門檻值(第二既定次數)時才會停止錄製影像。

第3圖顯示依據本發明另一實施例之監視影像錄製方法之流程圖。於此實施例中，為了方便說明，影像擷取單元130係為一攝影機，監視影像係為一灰階影像，而亮度資訊係利用監視影像中所有像素的平均色彩濃度(例如平均灰階值)來表示。其中，攝影機係每一段特定時間週期便擷取一監視影像，以進行後續分析。

如第3圖所示，首先，如步驟S302，透過影像擷取單元110擷取一監視影像。其中，監視影像中包括一前景影像與一背景影像。接著，如步驟S304，利用前述時間差分法，依據監視影像以及先前監視影像，得到背景影像，並利用前述背景相減法，依據監視影像以及背景影像，得到前景影像。如步驟S306，計算前景影像的平均色彩濃度，產生一亮度資訊。並如步驟S308，依據背景影像，產生一門檻值。類似地，影像處理單元130中的亮度計算模組132可先計算前景影像中所有像素的一總色彩濃度(例如灰階值)、再利用總色彩濃度除以總像素的個數，得到一平均色彩濃度，將此平均色彩濃度設為前景影像的亮度資訊。門檻值產生模組134可依據背景影像的一亮度資訊來產生門檻值，其中當亮度資訊表示場景較亮時，門檻值將被提高，而當亮度資訊表示場景較暗時，門檻值將被降低。

接著，影像處理單元130依據算出的亮度資訊以及門檻值，判斷是否連續的監視影像的亮度資訊連續大於門檻值達一第一既定次數來判定判斷是否有移動物體出現於監視影像中。如步驟S310，影像處理單元130判斷亮度資訊是否大於門檻值。若是，如步驟S312，影像處理單元130將前景計數值加一，接著如步驟S314，判斷累加後的前景計數值是否大於一第一既定次數值(亦即開始錄影門檻值)。若前景計數值未大於第一既定次數值，回到步驟S302，擷取下一監視影像進行處理。當連續的監視影像的亮度資訊均大於門檻值時，前景計數值將大於第一既定次數值(步驟S314的是)，如步驟S316，此時，影像處理單元130判定有移動物體出現於監視影像中，於是才開始錄製影像。

類似地，影像處理單元130依據算出的亮度資訊以及門檻值，判斷是否連續的監視影像的亮度資訊連續小於門檻值達一第二既定次數來判定判斷是否此移動物體已消失於監視影像中。若亮度資訊小於等於門檻值時(步驟S310的否)，如步驟S318，影像處理單元130將背景計數值加一，接著如步驟S320，判斷累加後的背景計數值是否大於一第二既定次數值(亦即停止錄影門檻值)。若背景計數值未大於第二既定次數值，回到步驟S302，擷取下一監視影像進行處理。當連續的監視影像的亮度資訊均小於門檻值時，背景計數值將大於第二既定次數值(步驟S320的是)，此時，影像處理單元130判定移動物體已消失於監視影像中，於是便停止錄製影像。

舉例來說，於一實施例中，若連續5個監視影像中都判斷出目前有物體在畫面，才開始錄影，連續10個監視影像中都判斷出目前沒有物體在畫面，才停止錄影。啟動跟停止錄影的監視影像數不同在於要讓監視系統容易開始錄影，而較不容易停止錄影，以免錯失移動物體，錯失錄影時機。

於一實施例中，影像處理單元130可更進一步將監視影像分為複數區間，計算每一區間內之像素之一像素平均值，若其中的像素平均值大於監視影像的一總像素平均值一既定百分比時，便可判斷為有移動物體出現於監視影像中。

綜上所述，依據本發明之監視影像錄製系統及其監視影像錄製方法，可以自動的判斷場景並判斷錄影的時機點，以節省空間。此外，本發明實施例增加了根據環境參數例如光源強弱來自動調整門檻值和緩衝形態的錄影時機點的方法，避免因誤判而造成停止錄影，可增加監視影像錄製系統的判斷準確性。

本發明之方法，或特定型態或其部份，可以以程式碼的型態包含於實體媒體，如軟碟、光碟片、硬碟、或是任何其他機器可讀取(如電腦可讀取)儲存媒體，其中，當程式碼被機器，如電腦載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置。本發明之方法與裝置也可以以程式碼型態透過一些傳送媒體，如電線或電纜、光纖、或是任何傳輸型態進行傳送，其中，當程式碼被機器，如電腦接收、載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置。當在一般用途處理器實作時，程式碼結合處理器提供一操作類似於應用特定邏輯電路之獨特裝置。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．監視系統

110．．．影像擷取單元

120．．．影像分析單元

130．．．影像處理單元

132‧‧‧亮度計算模組

134‧‧‧門檻值產生模組

140‧‧‧記憶體單元

S202-S214‧‧‧執行步驟

S302-S322‧‧‧執行步驟

第1圖係顯示依據本發明實施例之監視系統。

第2圖係顯示一依據本發明實施例之監視影像錄製方法之流程圖。

第3圖係顯示依據本發明另一實施例之監視影像錄製方法之流程圖。

第4圖係顯示依據本發明實施例之動態門檻值的對應曲線。

100．．．監視系統

110．．．影像擷取單元

120．．．影像分析單元

130．．．影像處理單元

132．．．亮度計算模組

134．．．門檻值產生模組

140．．．記憶體單元

Claims (19)

1. 一種監視影像錄製方法，用以錄製監視影像，包括下列步驟：擷取一監視影像；依據該監視影像以及一先前監視影像，得到一前景影像以及一背景影像；分別依據該前景影像以及該背景影像產生一亮度資訊以及一門檻值；依據該亮度資訊以及該門檻值，判斷是否有一移動物體出現於該監視影像中；以及當判斷為有該移動物體出現於該監視影像中時，開始錄製該監視影像。
2. 如申請專利範圍第1項所述之監視影像錄製方法，其中該判斷是否有該移動物體出現於該監視影像中之步驟係判斷是否該亮度資訊連續大於該門檻值達一第一既定次數，並且當該亮度資訊連續大於該門檻值達該第一既定次數時，判定為有該移動物體出現。
3. 如申請專利範圍第2項所述之監視影像錄製方法，更包括：於開始錄製該監視影像後，依據該亮度資訊以及該門檻值，判斷是否該移動物體已消失於該監視影像中；以及當判斷為該移動物體已消失於該監視影像中時，停止錄製該監視影像。
4. 如申請專利範圍第3項所述之監視影像錄製方法， 其中該依據該亮度資訊以及該門檻值，判斷是否該移動物體已消失於該監視影像之步驟係判斷該亮度資訊是否連續小於該門檻值達一第二既定次數，並且當該亮度資訊連續小於該門檻值達該第二既定次數時，判斷為該移動物體已消失於該監視影像，其中該第二既定次數係大於該第一既定次數。
5. 如申請專利範圍第1項所述之監視影像錄製方法，其中該門檻值係依據該背景影像之一亮度資訊進行調整，其中當該亮度資訊表示場景較亮時，該門檻值係被提高，而當該亮度資訊表示場景較暗時，該門檻值係被降低。
6. 如申請專利範圍第1項所述之監視影像錄製方法，其中該依據該前景影像產生該亮度資訊之步驟更包括：計算該前景影像中所有像素之一總色彩濃度；利用該總色彩濃度，得到一平均色彩濃度；以及將該平均色彩濃度設為該亮度資訊。
7. 如申請專利範圍第1項所述之監視影像錄製方法，其中該依據該監視影像以及該參考影像，得到該前景影像以及該背景影像之步驟更包括：依據該監視影像以及該先前監視影像，得到該背景影像；以及依據該監視影像以及該背景影像，得到該前景影像。
8. 如申請專利範圍第1項所述之監視影像錄製方法，其中該監視影像包括一多色階影像，並且該方法更包括：將該多色階影像轉換為至少一灰階影像。
9. 如申請專利範圍第1項所述之監視影像錄製方法，更包括：將該監視影像分為複數區間；計算每一該等區間內之像素之一像素平均值；以及若該像素平均值大於該監視影像之一總像素平均值一既定百分比時，判斷為有該移動物體出現。
10. 一種監視系統，包括：一影像擷取單元，用以擷取/錄製一監視影像；一影像分析單元，耦接至該影像擷取單元，用以得到該監視影像，依據該監視影像以及一先前監視影像，得到一前景影像以及一背景影像；以及一影像處理單元，耦接至該影像分析單元，用以分別依據該前景影像以及該背景影像產生一亮度資訊以及一門檻值，依據該亮度資訊以及該門檻值，判斷是否有一移動物體出現或消失於該監視影像中，其中當判斷為有該移動物體出現時，該影像處理單元致使該影像擷取單元開始錄製該監視影像，而當判斷為該移動物體消失時，該影像處理單元致使該影像擷取單元停止錄製該監視影像。
11. 如申請專利範圍第10項所述之監視系統，其中該影像處理單元判斷是否有該移動物體出現於該監視影像中之步驟係判斷是否該亮度資訊連續大於該門檻值達一第一既定次數，並且當該亮度資訊連續大於該門檻值達該第一既定次數時，判定為有該移動物體出現。
12. 如申請專利範圍第11項所述之監視系統，其中該 影像處理單元更於開始錄製該監視影像後，依據該亮度資訊以及該門檻值，判斷是否該移動物體已消失於該監視影像中；當判斷為該移動物體已消失於該監視影像中時，停止錄製該監視影像。
13. 如申請專利範圍第12項所述之監視系統，其中該影像處理單元依據該亮度資訊以及該門檻值，判斷是否該移動物體已消失於該監視影像係判斷該亮度資訊是否連續小於該門檻值達一第二既定次數，並且當該亮度資訊連續小於該門檻值達該第二既定次數時，判斷為該移動物體已消失於該監視影像，其中該第二既定次數係大於該第一既定次數。
14. 如申請專利範圍第10項所述之監視系統，其中影像處理單元係依據該背景影像之一亮度資訊調整該門檻值，其中當該亮度資訊表示場景較亮時，該門檻值係被提高，而當該亮度資訊表示場景較暗時，該門檻值係被降低。
15. 如申請專利範圍第10項所述之監視系統，其中該影像分析單元依據該前景影像產生該亮度資訊更包括計算該前景影像中所有像素之一總色彩濃度、利用該總色彩濃度，得到一平均色彩濃度，並將該平均色彩濃度設為該亮度資訊。
16. 如申請專利範圍第10項所述之監視系統，其中該影像分析單元依據該監視影像以及該參考影像，得到該前景影像以及該背景影像之步驟更包括：依據該監視影像以及該先前監視影像，得到該背景影 像；以及依據該監視影像以及該背景影像，得到該前景影像。
17. 如申請專利範圍第10項所述之監視系統，其中該監視影像包括一多色階影像，並且該影像分析單元更將該多色階影像轉換為至少一灰階影像。
18. 如申請專利範圍第10項所述之監視系統，其中該影像處理單元更將該監視影像分為複數區間、計算每一該等區間內之像素之一像素平均值，並且若該像素平均值大於該監視影像之一總像素平均值一既定百分比時，判斷為有該移動物體出現。
19. 一種電腦程式產品，其係被一機器載入以執行一監視影像錄製方法，上述電腦程式產品包括：一第一程式碼，擷取一監視影像；一第二程式碼，依據該監視影像以及一先前監視影像，得到一前景影像以及一背景影像；一第三程式碼，分別依據該前景影像以及該背景影像產生一亮度資訊以及一門檻值；一第四程式碼，依據該亮度資訊以及該門檻值，判斷是否有一移動物體出現於該監視影像中，並且當判斷為有該移動物體出現於該監視影像中時，開始錄製該監視影像。