TWI502552B - 影像監控方法 - Google Patents

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影像監控方法
本發明係關於一種影像監控方法，特別係指一種零時差的影像監控方法。
隨著科技的發展，傳統的保全人員搭配一般固定式攝影機的監控方式已無法滿足人們對於安全監控的需求，由於影像處理技術的快速發展、以及硬體價格的下降，可搭配影像處理技術的影像監視裝置已逐漸被廣泛使用，促使原本技術封閉的安全監控領域，朝向高科技的趨勢邁進。
一般而言，攝影機可略區分為固定式攝影機及旋轉變焦式(Pan/Tilt/Zoom,PTZ)攝影機兩種，其中旋轉變焦式攝影機具有旋轉功能及變焦功能，包含快速球(speed dome)攝影機，而固定式攝影機僅能觀察固定場景的固定大小，無法旋轉及變焦。
固定式攝影機可監視其所在場所內所有可疑的人、事、及物。然而，由於不具有旋轉或變焦功能，故，即使已監視到其所在之場所內有一入侵者，此固定式攝影機仍然極有可能因入侵者之影像係位於固定式攝影機無法監視之角落或陰影處、或因入侵者距離此固定式攝影機過遠而於固定影像中呈現過小之影像，而無法提供固定式攝影機之使用者有效的資訊。
旋轉變焦式攝影機可有效地克服固定式攝影機所面對之上述問題。在發現其所監視之場所中出現一入侵者後，旋轉變焦式攝影機可利用旋轉功能將其所產生之旋轉變焦影像中入侵者的影像先移動至上述旋轉變焦影像之中央、並接著運用上述變焦功能放大入侵者之影像，如此一來，旋轉變焦攝影機之使用者便可清楚地看見該入侵者之臉孔。
在目前監控市場上旋轉變焦式攝影機已達到普遍化的趨勢，藉由攝影機的移動與改變焦距達到監控無死角的功能。目前市面上最佳與最快速控制旋轉變焦式攝影機的方式是使用外接式的控制平台，其可由硬體或軟體控制，但當發生突發事件而事件地點並非旋轉變焦式攝影機事先設定好的預設位置時，由於事發地點並非旋轉對焦式攝影機的預設位置，故無法即刻旋轉並對焦至事發地點，亦即無法立即藉由控制平台將畫面轉向至事件發生地點，導致旋轉變焦式攝影機無法有效運用而造成安全監控的漏洞，本發明於是生焉。
為了克服上述之缺點及困難，本發明提供一種即時的影像監控方法。
本發明之目的在於提出一種同步定位追蹤監控的系統與方法，利用一固定式攝影機與一旋轉對焦式攝影機建立一用於定位之攝影機關聯資料，進而使得使用者選取(或點擊)固定式攝影機所呈現之畫面之特定人物時，此旋轉對焦式攝影機可根據上述攝影機關聯資料立即定位並對焦至使用者所點擊畫面相關之位置，藉此達到零時差監控的功效。
為達到上述目的，本發明揭露一種之影像監控方法，其步驟包含：以一設備管理模組建立一攝影機資料；以上述設備管理模組建立一旋轉變焦式攝影機資料；以一關聯模組建立一攝影機關聯資料；藉由上述關聯模組啟動關聯控制；以上述中央管理模組偵測上述攝影機資料之畫面是否被選擇；若是，則藉由上述關聯模組執行上述關聯控制以移動一旋轉變焦式攝影機，俾使變焦式攝影機對應至上述攝影機資料之畫面至被選擇之位置。若否，藉由上述中央管理模組決定是否結束上述影像監控方法。
另一方面，本發明更進一步提供一種影像監控方法，其步驟包含：選擇一固定式攝影機；選擇一旋轉變焦式攝影機；利用上述固定式攝影機及上述旋轉變焦式攝影機建立一攝影機關聯資料，其包含至少兩定位點資料以定義座標值；於上述固定式攝影機之畫面中選擇一物件或位置；根據上述攝影機關聯資料控制上述旋轉變焦式攝影機之移動，俾使該變焦式攝影機對準於至上述被選擇之物件或位置。其中，建立上述定位點資料之步驟包含：利用上述固定式攝影機設定一定位點；控制上述旋轉變焦式攝影機之中心至上述定位點定位；調整上述旋轉變焦式攝影機之畫面以符合物件大小；將上述旋轉變焦式攝影機之移動距離及縮放大小定義為定位點資料。此外，控制上述旋轉變焦式攝影機至上述被選擇物件或位置之步驟包含：利用上述關聯模組擷取上述被選擇物件或位置；利用上述關聯模組計算一旋轉變焦式攝影機移動至上述被選擇物件或位置之所需距離；利用上述關聯模組控制上述旋轉變焦攝影機至上述被選擇物件或位置。
本發明之另一優點在於上述技術特徵更可設定於複數固定式攝影機，以達到多個場景的即時同步(零時差)監控功能。
以上所述係用以闡明本發明之目的、達成此目的之技術手段、以及其產生的優點等等。而本發明可從以下較佳實施例之敘述並伴隨後附圖式及申請專利範圍使讀者得以清楚了解。
本發明將以較佳實施例及觀點加以敘述，此類敘述係解釋本發明之結構及步驟，僅用以說明而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此，除說明書中之較佳實施例以外，本發明亦可廣泛實行於其他實施例中。
本發明之同步影像監控系統如第四圖所示，此影像監控系統包含：設備通訊介面401、影像擷取設備402、固定式攝影機403、旋轉變焦式攝影機404、網路攝影機405、網路旋轉變焦式攝影機406、管理系統通訊介面501、中央管理模組502、設備管理模組503、關聯模組504、影像處理模組505、警報通知模組506、系統資料庫507。在本實施例中，固定式攝影機403及旋轉變焦式攝影機404均係連接至影像擷取設備402，藉以產生可透過網路傳輸的視訊串流，而影像擷取設備402可包含影像擷取卡(Capture Card)、網路視訊錄影機(NVR)或數位視訊錄影機(DVR)等等。而影像擷取設備402、網路攝影機405、及網路旋轉變焦式攝影機406均分別耦合至設備通訊介面401，藉以傳輸所獲得的影像或視訊至中央管理模組502，其中，中央管理模組係耦合至一管理系統通訊介面501，藉以與設備通訊介面401進行有線或無線傳輸，具體而言，可利用乙太網路(ethernet)、網際網路、WiFi無線網路或其他通訊網路進行無線傳輸。而設備管理模組503、關聯模組504、影像處理模組505、警報通知模組506、系統資料庫507均分別耦合至中央管理模組502，且中央管理模組502、設備管理模組503、關聯模組504、影像處理模組505、警報通知模組506均可編程於電腦之處理裝置中，如處理器、數位訊號處理器(digital signal processor,DSP)、微控制器、特殊應用積體電路(application-specific integrated circuit,ASIC)、專門應用指令集處理器(ASIP)、晶片、多晶片或晶片集、系統晶片(SoC)、多處理器系統晶片(MPSoC)、可編程邏輯控制器(PLC)、圖形處理單元(GPU)或場可程式閘陣列(field programmable gate array,FPGA)等等，而系統資料庫507係用以儲存攝影機資料及攝影機關聯資料，其可為電腦可讀取媒體，如硬碟、光碟、快閃記憶體(Flash)、隨機存取記憶體(RAM)或唯讀記憶體(ROM)等等。其中，設備管理模組503係用以管理固定式攝影機403、旋轉變焦式攝影機404、網路攝影機405及網路旋轉變焦式攝影機406，進而建立影上攝影機的資料；而關聯模組504則係用以建立攝影機關聯資料，並可於固定式攝影機403畫面之特定區域被選擇或點擊時，控制旋轉變焦式攝影機404之畫面中心立即轉移以利於拍攝被選取或點擊畫面所關連之地理位置；影像處理模組則是將中央管理模組502所獲得的視訊串流轉換為可在螢幕上播放的視訊格式，如JPEG、MJPEG、MPEG1、MPEG2、MPEG4、H.263、H.264；警報通知模組506則可在出現可疑人物、或發生事件時，發出警報以提醒使用者。
相關執行本發明即時同步影像監控系統之方法，其步驟簡述如下所述：首先，選擇一固定式攝影機；然後，選擇一旋轉變焦式攝影機；接著，利用此固定式攝影機及此旋轉變焦式攝影機建立一攝影機關聯資料，攝影機關聯資料包含兩定位點以定義座標值；於上述固定式攝影機之畫面中點擊一物件或位置；根據上述攝影機關聯資料控制上述旋轉變焦式攝影機之鏡頭拍攝相關選取或點擊之地理位置，以利於畫面中心呈現至上述被選取或點擊之物件。藉此，本發明所揭露之影像監控方法可根據上述攝影機關聯資料立即將其畫面中心移轉至被點擊相關之地理位置，進而達到同步監控的功效。第一圖係顯示本發明之最佳實施例，其係揭露一種影像監控方法，其步驟詳如下述：於步驟101中，啟動一影像監控系統，上述之影像監控系統至少包含一固定式攝影機及一旋轉變焦式攝影機(Pan/Tilt/Zoom,PTZ)，其中旋轉變焦式攝影機較佳為快速球(speed dome)攝影機；然後，於步驟102中，於此影像監控系統中，由一中央管理模組偵測是否存在一攝影機資料於系統資料庫中，上述攝影機資料係指由固定式攝影機所擷取產生的影像資料，具體而言，此攝影機資料係為一視訊串流(video streaming)，其可壓縮為JPEG、MJPEG、MPEG1、MPEG2、MPEG4、H.263、H.264等格式；然而，若系統資料庫中並不存在任何攝影機資料，則進入步驟103，利用一設備管理模組建立一攝影機資料，亦即利用設備管理模組取得固定式攝影機之影像資料，並儲存於系統資料庫中；接著，若系統資料庫中已存在攝影機資料，進入步驟104中，由中央管理模組偵測是否存在至少一旋轉變焦式攝影機資料於系統資料庫中，上述旋轉變焦式攝影機資料係由旋轉變焦式攝影機所擷取產生之影像資料，具體而言，為一視訊串流；然後，若系統資料庫中並不存在任何旋轉變焦式攝影機資料，則進入步驟105，利用設備管理模組建立一旋轉變焦式攝影機資料，亦即利用設備管理模組取得旋轉變焦式攝影機之影像資料，並儲存於系統資料庫中；然而，若系統資料庫中已存在旋轉變焦式攝影機資料，則進入步驟106，由中央管理模組偵測是否存在至少一攝影機關聯資料於系統資料庫中，上述之攝影機關聯資料包含兩定位點資料，其係用以定義旋轉變焦式攝影機之畫面定位至固定式攝影機中畫面各個位置所需的轉動(pan)、傾斜(tile)及縮放(zoom)值，俾使旋轉變焦式攝影機可迅速定位，進而使得攝影鏡頭可以擷取上述所選取之地點或物件(例如，但不限於人、交通工具等)，關於詳細的定位方式將於本說明書中另外敘明；若無攝影機關聯資料存在於系統資料庫中，則進入步驟107中，利用一關聯模組建立攝影機關聯資料，亦即利用關聯模組操作固定式攝影機及旋轉變焦式攝影機進行定位，關於詳細的定位方式將於本說明書中另外敘明；然而，若系統資料庫中已存在攝影機關聯資料，則進入步驟108中，利用關聯模組啟動關聯控制，上述之關聯控制係指當選取固定式攝影機的畫面中一物件時，旋轉變焦式攝影機可立即反應，移動旋轉變焦式攝影機鏡頭，俾使鏡頭所擷取影像包含上述所選取之物件，最佳為位於所擷取影像之中央區域，亦即畫面影像中心，並對焦於上述物件；於步驟109中，利用中央管理模組偵測上述攝影機資料之畫面是否被點擊，更具體而言，本發明包含一使用者介面，其可顯示固定式攝影機的拍攝畫面或影像，並且於顯示幕上顯示游標以供使用者選取或點擊欲觀察之物件或位置；若被選取或點擊，則進入步驟110中，由關聯模組執行關聯控制將旋轉變焦式攝影機之畫面移至被點擊位置，並可對焦於被點擊之物件；然而，若畫面未被選取點擊，則進入步驟111，由使用者決定是否結束此影像監控系統；最後，若選擇結束監控程序，則於步驟112中，結束此影像監控系統。
請參閱第二圖所示，本圖詳細描述第一圖之步驟107中建立攝影機關聯資料的方法，其步驟如下所述：於步驟201中，選取一固定式攝影機；然後，於步驟202中，選取一旋轉變焦式攝影機，其係與上述之固定式攝影機相關聯之旋轉變焦式攝影機，亦即，此旋轉變焦式攝影機必須可拍攝到所選取之固定式攝影機之視野；接著，於步驟203中，由關聯模組偵測系統資料庫中是否存在兩定位點之資料；若以存在兩定位點之資料，則進入步驟204中，定義攝影機關聯資料名稱，具體而言，使用者可透過使用者介面輸入文字或數字以做為此關聯資料之名稱；最後，進入步驟205中，儲存攝影機關聯資料於系統資料庫中；然而，回到步驟203，若系統資料庫中並不存在兩定位點之資料，則進入步驟206；於步驟206中，利用上述固定式攝影機設定一定位點，具體而言，可由使用者於固定式攝影機所拍攝之影像畫面中選取一物件或一位置，將其定義為一定位點；然後，於步驟207中，控制上述旋轉變焦式攝影機的鏡頭俾使該被選取物件或位置呈現於該旋轉變焦式攝影機所擷取之影像或畫面中心，完成定位程序。具體而言，可由使用者控制，使其左右轉動(pan)及上下傾斜(tile)上述旋轉變焦式攝影機，使其畫面中心對準並固定於上述之定位點；接著，於步驟208中，調整此旋轉變焦式攝影機之畫面以符合物件大小，具體而言，係利用旋轉變焦式攝影機之變焦功能，縮放(zoom)此旋轉變焦式攝影機之畫面，並對焦於定位點，俾使做為定位點之物件或位置清晰可見，藉以達到定位之功效。
然後，於步驟209中，將上述之定位點資料儲存於系統資料庫中，具體而言，係將此旋轉變焦式攝影機之左右轉動(pan)、上下傾斜(Tile)及縮放大小(zoon)值分別定義為(X1 ,Y1 ,Z1 )，而儲存為定位點資料。然後並回到步驟203中，重複步驟206-209以建立另一定位點(X2 ,Y2 ,Z2 )的資料。而利用上述兩定位點，即可計算出固定式攝影機畫面中，其他各點的(X,Y,Z)，詳細的計算方式如下所述：定義一平面座標(x,y)於固定攝影機的畫面中，假設第一定位點於固定攝影機的畫面中座標為(x1 ,y1 )，而第二定位點座標為(x2 ,y2 )，而旋轉變焦式攝影機由原點轉動至第一定位點的pan值為X1 ，轉至第二定位點的pan值為X2 ，則可定義一絕對轉動參數Base_P=((X1 *(x2 /x1 ))-X2 )/(x2 /x1 -1)，且由此絕對轉動參數定義一相對轉動參數Com_P=(X1 -Base_P)/x1 ，而由絕對轉動參數Base_P及相對轉動參數Com_P即可計算出固定式攝影機的畫面中其他欲觀察位置的X值，其關係式如下：
X=Base_P+x*Com_P
其中，x係指欲觀察位置於固定式攝影機畫面中的橫座標值，而利用上述關係式即可得到旋轉變焦式攝影機轉動至此位置的pan值X。同理，假設旋轉變焦式攝影機由原點傾斜至第一定位點的tile值為Y1 ，至第二定位點的tile值為Y2 ，則可定義一絕對傾斜參數Base_T=((Y1 *(y2 /y1 ))-Y2 )/(y2 /y1 -1)，且由此絕對傾斜參數定義一相對傾斜參數Com_T=(Y1 -Base_T)/y1 ，而由絕對傾斜參數Base_T及相對傾斜參數Com_T即可計算出固定式攝影機的畫面中其他欲觀察位置的Y值，其關係式如下：
Y=Base_T+y*Com_T
其中，y係指欲觀察位置於固定式攝影機畫面中的縱座標值，而利用上述關係式即可得到旋轉變焦式攝影機轉動至此位置的tile值Y。最後，假設旋轉變焦式攝影機於第一定位點的縮放值(zoom)為Z1 ，至第二定位點的zoom值為Z2 ，則可定義一絕對縮放參數Base_Z=((Z1 *(y2 /y1 ))-Z2 )/(y2 /y1 -1)，且由此絕對縮放參數定義一相對縮放參數Com_Z=(Z1 -Base_Z)/y1 ，而由絕對縮放參數Base_Z及相對縮放參數Com_Z即可計算出固定式攝影機的畫面中其他欲觀察位置的Z值，其關係式如下：
Z=Base_Z+y*Com_Z
其中，y係指欲觀察位置於固定式攝影機畫面中的縱座標值，而利用上述關係式即可得到旋轉變焦式攝影機轉動至此位置的縮放(zoom)值Z。據此，只要由固定式攝影機及旋轉變焦式攝影機定義兩定位點，即可得到上述關係式的各參數值，進而可透過上述關係式將固定式攝影機的畫面中的各個位置(x,y)轉換為(X,Y,Z)值，亦即得到旋轉變焦式攝影機由原點定位到各個位置所需要的轉動(pan)、傾斜(tile)及縮放(zoom)值，藉此，當固定攝影機之畫面中任一點(x,y)被點擊時，關聯模組即可立即轉換為(X,Y,Z)值並根據此(X,Y,Z)值控制旋轉變焦式攝影機至被點擊位置，進而達到零時差的監控。
請參閱第三圖所示，本圖係用以敘述將旋轉變焦式攝影機之畫面中心移轉至被點擊位置之方法，其步驟如下所述：首先，於步驟301中，搜尋系統資料庫中之攝影機關聯資料；然後，進入步驟302中，利用關聯模組擷取固定式攝影機畫面中被點擊位置，具體而言，本發明可利用一使用者介面顯示固定式攝影機之畫面，並具有一游標以供使用者點擊，當使用者移動游標至畫面上一物件或位置並點擊時，關聯模組即可擷取此點擊位置；然後，於步驟303中，利用關聯模組計算旋轉變焦式攝影機之畫面移動至被點擊位置之所需距離，具體而言，假設被點擊位置為A點，座標(x3 ,y3 )，關聯模組可根據兩定位點定義出的上述關係式，將其轉換為(X3 ,Y3 ,Z3 )，亦即旋轉變焦式攝影機由原點定位到(x3 ,y3 )所需要的轉動(pan)、傾斜(tile)及縮放(zoom)值，假設目前旋轉變焦式攝影機之畫面中心係對應到B點，座標為(x4 ,y4 )，關聯模組可根據上述關係式，將其轉換為(X4 ,Y4 ,Z4 )，亦即旋轉變焦式攝影機由原點定位到(x4 ,y4 )所需要的轉動(pan)、傾斜(tile)及縮放(zoom)值，然後利用關聯模組計算(X3 ,Y3 ,Z3 )與(X4 ,Y4 ,Z4 )的差異(△X,△Y,△Z)，此即為將旋轉變焦式攝影機之畫面移動至被點擊位置之所需距離；接著，於步驟304中，根據上述之所需距離(△X,△Y,△Z)，控制此旋轉變焦式攝影機之畫面，使其定位至此點擊位置，進而達到監控之功效。由於本發明所建立之攝影機關聯資料，可將固定式攝影機的畫面中的各個位置(x,y)轉換為(X,Y,Z)值，亦即旋轉變焦式攝影機由原點定位到各個位置所需要的轉動(pan)、傾斜(tile)及縮放(zoom)值，故當使用者點擊固定式攝影機之畫面時，旋轉變焦式攝影機即可根據攝影機關聯資料立即將其畫面中心移轉至被點擊位置，進而達到同步監控的功效。
上述敘述係為本發明之較佳實施例。此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本發明而非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。
101-112．．．步驟
201-209．．．步驟
301-304．．．步驟
401．．．設備通訊介面
402．．．影像擷取設備
403．．．固定式攝影機
404．．．旋轉變焦式攝影機
405．．．網路攝影機
406．．．網路旋轉變焦式攝影機
501．．．管理系統通訊介面
502．．．中央管理模組
503．．．設備管理模組
504．．．關聯模組
505．．．影像處理模組
506．．．警報通知模組
507．．．系統資料庫
第一圖係顯示本發明之最佳實施例；
第二圖係描述第一圖之步驟107中建立攝影機關聯資料的方法；
第三圖係敘述將旋轉變焦式攝影機之畫面中心移轉至被點擊位置之方法；
第四圖係顯示一種用於本發明之影像監控方法之影像監控系統。
101-112．．．步驟

Claims (10)

  1. 一種影像監控方法，其步驟包含：選擇一固定式攝影機；選擇一旋轉變焦式攝影機；利用該固定式攝影機及該旋轉變焦式攝影機建立一攝影機關聯資料，其包含至少二定位點資料，藉以定義該旋轉變焦式攝影機的轉動(pan)、傾斜(tile)、縮放(zoom)值；於該固定式攝影機之畫面中選擇一物件或位置；根據該攝影機關聯資料控制該旋轉變焦式攝影機之移動，俾使該變焦式攝影機對準於該被選擇之物件或位置。
  2. 如請求項1所述之影像監控方法，其中建立該定位點資料之步驟包含：利用該固定式攝影機設定一定位點；控制該旋轉變焦式攝影機轉動並傾斜，使該旋轉變焦式攝影機之所拍攝之影像中心定位至該定位點；縮放該旋轉變焦式攝影機之影像以符合該物件或位置之大小；將該旋轉變焦式攝影機之轉動、傾斜及縮放值定義為該定位點資料。
  3. 如請求項1所述之影像監控方法，其中控制該旋轉變焦式攝影機至該選擇之物件之步驟包含：利用一關聯模組擷取該被選擇之物件或位置；利用該關聯模組計算該旋轉變焦式攝影機轉移至該被選擇之物件或位置之所需距離；利用該關聯模組控制該旋轉變焦攝影機轉移至該被選擇之物件或位置。
  4. 如請求項1所述之影像監控方法，其中該旋轉變焦式攝影機為一快速球(speed dome)攝影機。
  5. 如請求項1所述之影像監控方法，其中該固定式攝影機及該旋轉變焦式攝影機係連接至網路視訊錄影機(NVR)、數位視訊錄影機(DVR)、或影像擷取卡(Capture Card)。
  6. 一種影像監控方法，其步驟包含：以一設備管理模組建立一攝影機資料，其係由一固定式攝影機所擷取產生的影像資料；以該設備管理模組建立一旋轉變焦式攝影機資料，其係由一旋轉變焦式攝影機所擷取產生之影像資料；藉由一關聯模組建立一攝影機關聯資料；以該關聯模組啟動關聯控制；利用一中央管理模組偵測該攝影機資料之畫面是否被選擇； 若是，則利用該關聯模組執行該關聯控制以移動該旋轉變焦式攝影機，俾使該旋轉變焦式攝影機對應至該被選擇之位置；其中，該攝影機關聯資料中包含至少兩定位點資料，藉以定義該旋轉變焦式攝影機的轉動(pan)、傾斜(tile)、縮放(zoom)值。
  7. 如請求項6所述之影像監控方法，其中建立攝影機關聯資料之步驟包含：選擇該固定式攝影機；選擇該旋轉變焦式攝影機；利用該關聯模組確定該攝影機關聯資料中是否包含該兩定位點資料；若是，則儲存為一關聯定位資料；若否，則進行關聯定位步驟。
  8. 如請求項7所述之影像監控方法，其中該關聯定位步驟包含：利用該固定式攝影機設定一定位點；控制該旋轉變焦式攝影機至該定位點定位；調整該旋轉變焦式攝影機之畫面以符合物件大小。
  9. 如請求項6所述之影像監控方法，其中利用該關聯模組執行該關聯控制之步驟包含： 以該關聯模組擷取該被選擇位置；以該關聯模組計算該旋轉變焦式攝影機畫面轉移至該被選擇位置之所需距離；利用該關聯模組控制該旋轉變焦攝影機之畫面轉移至該被選擇位置。
  10. 如請求項6所述之影像監控方法，其中該攝影機資料包含該固定式攝影機資料或該旋轉變焦式攝影機資料。
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