基于视频监控的越界检测方法及越界监控系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于计算机视觉技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于视频监控的越界 检测方法及越界监控系统。
【背景技术】
[0002] 作为现代安防的主要手段之一，智能视频监控有着非常良好的发展前景。其中越 界检测是智能视频监控的一个重要方面。
[0003] 目前流行的越界检测主要采用红外线对射感应器、激光反射传感器等工具来实 现。红外线对射感应器利用人体红外线使检测电流发生变化准确率高，但容易受强太阳光 等多种含有红外线的光源干扰。激光反射传感器通过发射激光光束并接收该激光光束的反 射波来确定被测物体距离，精度高，抗光、电干扰能力强，但不适用于地形起伏的复杂环境 且激光对人体有伤害。如果采用普通的视频监控，需要配置工作人员来进行判断，成本较高 且容易发生失误。
[0004] 而计算机视觉领域的智能图像处理能准确检测越界，对人体无害且受环境地形影 响小。目前常用的越界检测方法有帧间差分法、背景减法和光流法等，这些方法都是从视频 序列中检测运动目标来实现越界报警功能，因此其针对的视频图像的地域范围比较小，例 如仅为仓库大门处的监控图像。如果区域边界较大，特别是对于一些位于野外、地势复杂的 大面积区域，就需要配置数量较多的监控设备，且不能很好的适应复杂环境变化。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于视频监控的越界检测方法 及越界监控系统，根据设定的边界进行越界检测，能够实现较大区域和复杂场地的越界检 测。
[0006] 为实现上述发明目的，本发明提供一种基于视频监控的越界检测方法，包括以下 步骤：
[0007] Sl :用户在视频监控图像上沿警示区域的边沿依次设置警示区域的边界顶点，将 相邻边界顶点连接得到警示区域封闭边界线，并在封闭边界线的两个相邻端点之间设置安 全通道线段的端点，连接安全通道线段端点得到安全通道线段；根据实际需要设置跟踪目 标位于边界线内部和外部的安全标识，至少将其中一种情况的安全标识设置为1，其余为 〇 ；
[0008] S2:对封闭边界线进行扩大和缩小，得到扩大边界线和缩小边界线，将扩大边界线 和缩小边界线所围区域作为跟踪区域；初始化跟踪目标集合〇为空集，每个跟踪目标对应 一个坐标队列；
[0009] S3 :对每帧视频监控图像进行运动目标检测，得到运动目标区域，筛选出位于跟踪 区域的运动目标区域，再将筛选得到的运动目标区域与跟踪目标集合0的跟踪目标进行匹 配跟踪，分为以下情况：
[0010] (1)如果有运动目标区域无法找到匹配的跟踪目标，将该运动目标区域作为新的 跟踪目标加入跟踪目标集合〇,将其质心坐标加入坐标队列；
[0011] (2)如果有运动目标区域与跟踪目标一一对应匹配，将运动目标区域的质心坐标 加入跟踪目标的坐标队列；
[0012] (3)如果有一个运动目标区域与X个跟踪目标匹配，其中X > 1，将运动目标区域 的质心坐标分别加入X个跟踪目标的坐标队列；
[0013] (4)如果有Y个运动目标区域与跟踪目标匹配，其中Y> 1，将该跟踪目标分离成 Y个跟踪目标，每个跟踪目标的坐标队列均复制分离前跟踪目标的坐标队列，然后将本帧中 运动目标区域的质心坐标分别加入对应跟踪目标的坐标队列；
[0014] (5)目标消失：如果没有运动目标区域与跟踪目标匹配，将该跟踪目标从跟踪目 标集合Q中删除，并删除对应的坐标队列；
[0015] S4 :每帧视频监控图像进行运动目标检测和匹配跟踪后，进行目标行为分析，具体 包括以下步骤：
[0016] S4. 1 :对于跟踪目标集合0中的每个跟踪目标，首先判断质心到边界线各条边的 垂心是否位于对应顶点之间，如果不是，计算对应两个顶点与跟踪目标质心的距离，选择其 中较小值作为质心到该条边的距离，否则计算质心到该条边的距离；从所有距离中筛选出 最小距离D niin;
[0017] S4. 2 :判断是否Dmin< HD1，Hdi表示预设阈值，如果不是，目标安全，不作任何操作， 否则进入步骤S4. 3 ;
[0018] S4. 3 :计算质心到安全通道线段的垂心(Kv)，如果垂心(气，在安全通道线段 上，进入步骤S4. 4,否则进入步骤S4. 5。
[0019] S4. 4 :计算质心到安全通道线段的距离D1，如果D1S D min，目标安全，不作任何操 作，否则进入步骤S4. 5 ;
[0020] S4. 5 :判断是否Dmin<HD2，HD2表示预设阈值，并且H D2<HD1，如果是进行报警，并根 据目标的坐标队列在视频监控画面中标示出目标轨迹，否则进入步骤S4. 6 ;
[0021] S4. 6 :判断跟踪目标在边界线外部还是内部，再判断对应的安全标识是否为1，如 果是，进行预警，并根据目标的坐标队列在视频监控画面中标示出目标轨迹，否则目标安 全，不作任何操作；
[0022] S5 :判断越界检测是否结束，如果是，检测结束，否则返回步骤S3对下一帧监控视 频图像进行检测。
[0023] 本发明还提供一种基于视频监控的越界监控系统，其特征在于包括视频监控设 备、视频采集模块、越界检测模块、视频存储模块、监控设备设置模块、越界检测设置模块、 用户管理模块、报警模块、显示模块，其中：
[0024] 视频监控设备用于对区域边界进行视频监控；
[0025] 视频采集模块用于采集视频监控设备的监控视频，分别发送给越界检测模块和视 频存储模块。
[0026] 越界检测模块按照权利要求1所述的基于视频监控的越界监控方法进行越界检 测，一旦检测到需要预警或报警的异常情况，将对应的异常监控视频片段、目标坐标队列存 入视频存储模块，并向报警模块发送报警指令、向显示模块发送异常监控视频显示指令；
[0027] 视频存储模块用于存储来自视频采集模块的监控视频和来自越界检测模块的异 常监控视频片段、目标坐标队列；
[0028] 监控设备设置模块用于用户设置视频监控设备参数，并发送给视频监控设备；
[0029] 越界检测设置模块用于用户设置越界检测参数，包括警示区域的边界顶点、安全 通道线段的端点，将越界检测参数发送给越界检测模块。
[0030] 用户管理模块用于设置不同等级用户的权限；
[0031] 报警模块用于根据越界检测模块的报警指令进行报警；
[0032] 显示模块用于从视频存储模块中读取监控视频进行显示，当接收到越界检测模块 发送的异常监控视频显示指令，从视频存储模块中读取目标坐标队列，在视频监控画面中 标示出目标轨迹。
[0033] 本发明基于视频监控的越界检测方法及越界监控系统，根据用户设置的边界线顶 安全通道线段的端点得到封闭边界线和安全通道线段，对封闭边界线进行扩大和缩小得到 跟踪区域，然后对每帧视频监控图像进行运动目标检测，筛选出位于跟踪区域的运动目标 区域，再将筛选得到的运动目标区域与跟踪目标进行匹配跟踪，得到跟踪目标的坐标队列， 对跟踪目标进行目标行为分析，判断是否有越界危险，如果安全则不作任何操作，如果越界 危险很大则报警，否则根据安全标识判断是否需要对当前异常情况进行预警，在报警或预 警时根据目标坐标队列标示出目标轨迹。
[0034] 本发明具有以下有益效果：
[0035] (1)本发明可以实现自动越界检测与报警，可以减少监控人员工作强度，提高监控 主动性和工作效率；
[0036] (2)本发明可以使用户自行设置边界线和安全通道，能够灵活适用于各种场景；
[0037] (3)本发明可以实现大范围、复杂地形环境下的越界检测，适用范围广。
【附图说明】
[0038] 图1是基于视频监控的越界检测方法的【具体实施方式】流程图；
[0039] 图2是本实施例中边界线和安全通道示意图；
[0040] 图3是基于背景估计的运动目标检测方法的流程示意图；
[0041] 图4是目标行为分析的流程示意图；
[0042] 图5是本发明基于视频监控的越界监控系统的结构图；
[0043] 图6是对本发明的实验验证结果图。
【具体实施方式】
[0044] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便本领域的技术人员更好地 理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许 会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0045] 图1是基于视频监控的越界检测方法的【具体实施方式】流程图。如图1所示，本发 明基于视频监控的越界检测方法包括以下步骤：
[0046] SlOl :设置参数，即边界线、安全通道线段及安全标识：
[0047] 用户在视频监控图像上沿警示区域的边沿依次设置警示区域的边界顶点，将相邻 边界顶点连接得到警示区域封闭边界线，并在封闭边界线的两个相邻端点之间设置安全通 道线段的端点，连接安全通道线段端点得到安全通道线段。并且根据实际需要设置跟踪目 标位于边界线内部和外部的安全标识，至少将其中一种情况的安全标识设置为1，其余为 Oo
[0048] 图2是本实施例中边界线和安全通道示意图。如图2所示，本实施例的边界线是 一个不规则五边形，顶点集合A = {叫，a2, a3, a4, a5}，安全通道为线段L，其端点IJP I i在边 界线顶点&1和a5之间。根据边界线顶点的坐标即可得到边界线各边的方程，同理可能得到 安全通道线段的方程，将边界线方程和安全通道线段方程保存。运动目标从任何方向跨越 安全通道线段以外的边界都属于非法越界。
[0049] 安全标识用于标识对位于边界线内部和外部的目标的监控力度，例如某些应用场 景中，对外部入侵的监控力度更强，对内部入侵的监控力度较弱，可以只设置外部的安全标 识为1。对于对内外部监控力度都比较强的应用场景，例如监狱等，需要将内部和外部的安 全标识都设置为1。安全标识是目标行为分析的依据之一，其具体使用方法在目标行为分析 中说明。本实施例中将外部安全标识设置为1，内部安全标识设置为0。
[0050] S102 :生成跟踪区域：
[0051] 对封闭边界线进行扩大和缩小，得到扩大边界线和缩小边界线，将扩大边界线和 缩小边