視頻監控重點區域智能分析報警系統的設計與實現

韓勝杰

摘要：文章立足于傳統視頻監控系統中運動目標跟蹤的缺陷，有針對性地提出了在Mean shift算法中引入Kalman濾波器的運動目標跟蹤新方法，從而能夠有效彌補在相似干擾物問題以及大面積遮擋問題中Mean shift算法的不足，同時在軟件設計方面應用多線程技術。將該方法應用在了實際智能分析報警系統中，驗證了運動目標跟蹤實現方案的實時性和有效性。

關鍵詞：視頻監控重點區域；智能分析報警系統；運動目標跟蹤；Kalman濾波；多線程技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP311 文章編號：1009-2374（2015）16-0018-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.009

計算機視覺領域在近幾年來的一個新興的研究方向就是智能化視頻監控系統，這一技術包括了行為理解及描述、目標分類、運動目標跟蹤以及運動目標檢測等各方面的內容，因此其極具挑戰性?，F在視覺監視系統的技術水平變得越來越高，而且硬件設備成本開始不斷的下降，因此現在的監控系統開始變得越來越普及，在車站、機場、超級市場、賓館以及銀行等各個公眾場所得到了廣泛的應用，并且有效地保障了公共領域的安全性。

1 智能分析報警系統的設計思路研究

監測并且跟蹤在視頻監控中重點區域中活動的各種運動目標，同時還要采用自動行為分析的方式對其產生的事件進行分析，這就是智能分析報警系統的主要功能。

1.1 硬件結構的設計

智能分析報警系統一共包括了三個部分，即顯控設備、傳輸設備以及監控設備等。其中可見光CCD攝像機組成了監控設備；以現場不同的情況為根據，可以將傳輸設備劃分為雙絞線以及光纖兩種傳輸方式；顯控設備一共包括兩個部分，也就是計算機以及監視器。智能分析報警系統可以劃分為兩個部分，即線控設備和監控設備，而所謂的前端主要指的是監控設備，所謂的后端主要指的是線控設備。圖1是整個智能分析報警系統的結構框架圖：

1.2 系統功能模塊的功能分析

1.2.1 目標檢測模塊的功能分析：分析在視頻監控畫面當中運動的各種物體，將背景分離，同時進行有效的檢測，并且采用黃色矩形框的方式將運動物體標出來。上述是目標檢測模塊的主要功能。

1.2.2 目標跟蹤模塊的功能：對在視頻監控當中出現的各種運動物體進行有效以及準確的跟蹤是目標跟蹤模塊的主要功能。

1.2.3 警戒區域、警戒線規則設置模塊的功能：能夠將警戒區以及警戒線設置在視頻監控重點區域當中是警戒區域、警戒線規則設置模塊的主要功能。

1.2.4 界線檢測及報警模塊：檢測監控畫面重點區域中警戒線觸發到的各種運動目標是界線檢測及報警模塊的主要功能，同時將觸發報警規則時的報警原因以及序列號及時地顯示在界面當中，而且還能夠對文件名等信息參數進行保存。

1.2.5 警幀反饋模塊的功能：警幀反饋模塊的主要功能為讓用戶利用對界面列表中相應記錄的點擊，從而能夠對警報時的記錄圖像進行查看。

1.2.6 區域檢測及報警模塊的功能：檢測各種運動目標是區域檢測及報警模塊的主要功能，同時將觸發報警規則時的報警原因以及序列號及時地顯示在界面當中，并且對文件名等信息參數進行保存。

1.3 智能分析報警系統的工作流程設計

首先系統要檢測和跟蹤在視頻中特定區域當中進入的各種運動目標，隨后移動目標所產生的事件為根據，對其行為進行自動的分析，并且將報警信號產生，同時還可以將產生報警信號的時間保存在上位機當中。這樣在事后就能夠通過對存儲報警事件的類型進行利用，對保存下來的各種報警圖片以及事件等進行調用。

2 智能分析報警系統的技術研究

2.1 在Mean shift算法引入Kalman濾波器

Mean shift方法在對目標的特征進行描述的時候采用的和概率密度，隨后通過對均值偏移方法的利用，就可以將目標的位置快速地定位出來。這種方法具有很高的抗干擾能力，而且能夠與各種情況充分的相適應，同時還具有非常快的計算速度。現在Mean shift方法已經在很多實際的系統當中得到了廣泛的應用，其具有很小的計算量以及非?？斓挠嬎闼俣龋栽诰哂休^高實時性要求的系統當中具有很高的適應性。然而，Mean shift算法也具有一些不足，比如Mean shift算法很難隨著目標大小的變化進行自適應調整，而且在對目標特征進行提取的過程中存在著較大的不足，并且很難與范圍大的遮擋相適應。雖然面對部分遮擋和干擾Mean shift算法會表現出較差的敏感性，但是Mean shift算法會由于長時間的遮擋而在遮擋物周圍收斂，最終會將跟蹤的目標丟失，因此，需要在Mean shift算法中引入Kalman濾波器。

Kalman預測器可以在信號處理過程中保證時變估計的正常運用。因為對遞歸技術進行了使用，不需要存儲所有過去的測量值，所以在計算機對信號進行實時處理時非常方便，這是Kalman預測器最為主要的特點。

2.2 多線程技術的應用

可以利用SetTimer函數在Windows中將一個計時器分配給應用程序，如果在這一個時間間隔進行指定之后，Windows系統就會將一條WM_TIMER消息每隔指定的時間發送給應用，這樣就能夠保證許多與時間相關的動作可以在應用程序中實現。

在這里必須要強調的是，WM_TIMER消息這種由系統發給應用程序的消息并不具備異步的特點，會在常規的消息隊列中放置這條消息，同時還會與其他消息一起排序。這樣，就算是在SetTimer（）進行調用時對1000ms的時間間隔進行了設定，然而卻不會保證每隔1s應用程序就能夠將一條WM_TIMER消息接收到。一旦另一個程序具有大于1s的忙碌時間，那么在這個時間段中應用程序就無法接收任何WM_TIMER消息。從這里我們可以發現，這種情況的存在會嚴重影響到一部分需要精確時間間隔的應用。所以采用多線程技術在軟件設計方面能夠實時檢測與跟蹤多個移動目標的速度得以加快，并且使系統的分析與識別效率得到極大的提升。

3 智能分析報警系統的實驗結論

為了能夠對算法的有效性進行更好的驗證，在某房間內跟蹤系統當中的運動目標，同時為了研究的方便，在本次研究中將指定的跟蹤目標選定為筆筒。在實驗的過程中，在遮擋住運動目標的情況下，目標也不會被系統丟失，因此其具有非常理想的跟蹤效果。利用智能報警分析系統跟蹤普通視頻跟蹤系統當中的運動的筆筒，從而對所用算法的時效性和準確性進行了有效的驗證，證明智能分析報警系統的實用價值較強。

4 結語

本文對上位機軟件跟蹤運動目標的方案進行了設計，并且在Mean shift算法引入了Kalman濾波器，這樣就能夠在視頻中跟蹤任意的目標?，F在在智能分析報警系統中已經成功地應用了該跟蹤方案，而且在測試評比當中也能夠與智能分析報警系統的跟蹤目標相適應，同時能夠有效地保證很多功能的實現，因此智能分析報警系統可以將大量的人員開支節省下來。本文使用的實現方案的通用性很強，能夠使視頻跟蹤對算法的實時性以及有效性的需求得到充分的滿足。

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（責任編輯：周 瓊）