如何提高視頻監(jiān)視系統(tǒng)的有效性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)考慮因素。本文作者在分析了實(shí)際的視頻應(yīng)用中存在的對(duì)改變疏忽以及視覺靈敏度問題之后，提出了利用實(shí)時(shí)變化檢測(cè)器來提高響應(yīng)水平的實(shí)現(xiàn)方法和概念，并給出了實(shí)時(shí)變化檢測(cè)器電路實(shí)現(xiàn)原理和組成。

自從引入視頻監(jiān)視作為一種安全工具以來，一直存在著兩個(gè)方面的問題。個(gè)問題是疏忽或者對(duì)改變的視而不見，這樣一來，觀察者在看電視時(shí)就不能可靠地發(fā)現(xiàn)安全威脅，因而在已經(jīng)發(fā)生了情況的時(shí)候得到?jīng)]有發(fā)生任何事情的錯(cuò)誤結(jié)論。Harvard試驗(yàn)表明，在看電視時(shí)，50%的人會(huì)專注于兩個(gè)籃球隊(duì)之間球的轉(zhuǎn)移，而不會(huì)注意到大猩猩(球隊(duì)的吉祥物)走到視野區(qū)域并從視野區(qū)中走出的情況。相似地，在一個(gè)軍事研究中，試驗(yàn)表明在12分鐘連續(xù)觀察2個(gè)或更多的順序排放的監(jiān)視器后，觀察者將錯(cuò)過對(duì)45%的場(chǎng)景的觀察，在大約22分鐘后，會(huì)錯(cuò)過95%的場(chǎng)景。

第二個(gè)問題是視覺的靈敏度。顯示了一個(gè)典型的人眼觀察事物時(shí)的路線。圖中用圓圈來顯示定影，用紅色的虛線來表示觀察的動(dòng)作。觀察次數(shù)和定影(fixation)的數(shù)量，以及因此的發(fā)現(xiàn)時(shí)間是容易混淆的對(duì)象(產(chǎn)生興趣的“定影”的可能的點(diǎn))個(gè)數(shù)的函數(shù)。當(dāng)眼睛鎖定在一個(gè)對(duì)象上時(shí)，整個(gè)圖像在外圍的視覺大大地弱化。研究顯示，發(fā)現(xiàn)圖片上某個(gè)對(duì)象的概率是視覺分辨率的直接函數(shù)。因此，當(dāng)操作者在研究一個(gè)點(diǎn)的時(shí)候，例如照片中的一個(gè)攀登者，他不大可能會(huì)發(fā)現(xiàn)到進(jìn)入到圖像中的其他事物。

利用實(shí)時(shí)變化檢測(cè)器提高響應(yīng)水平

當(dāng)要求觀察者觀看2個(gè)或以上的監(jiān)視器以發(fā)現(xiàn)安全威脅的時(shí)候，周圍視覺弱化的問題更加嚴(yán)重。無論對(duì)觀察者怎么進(jìn)行培訓(xùn)或者他多么地專著，都不可能在同一時(shí)間內(nèi)完全專注到超過一個(gè)細(xì)節(jié)上，即使能那樣，也只能維持幾分鐘時(shí)間。視頻監(jiān)視系統(tǒng)效用的真正衡量標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)安全危害的響應(yīng)水平，如果能提升這種響應(yīng)，那么這個(gè)系統(tǒng)的價(jià)值就得到了大大的提高。這意味著需要一種簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)的智能電視和系統(tǒng)來向觀察者告警，并確定查詢點(diǎn)以使發(fā)現(xiàn)時(shí)間短。實(shí)時(shí)變化檢測(cè)器(RTCD)(正在申請(qǐng))提供了這樣的增強(qiáng)功能，RTCD帶來的少量成本將成倍地提升性能。

RTCD概念很簡(jiǎn)單，它利用了一種功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)。人腦處理來自眼睛的圖像，人腦是迄今為止強(qiáng)大的“計(jì)算機(jī)”，它可以根據(jù)過去的情況來插入數(shù)據(jù)，它能插入遺失的數(shù)據(jù)。但問題是，當(dāng)沒有上面的這些功能需要執(zhí)行時(shí)，人腦會(huì)進(jìn)入到一種無聊狀態(tài)。RTCD通過視覺確定發(fā)生了某種改變，喚醒觀察者進(jìn)入無聊狀態(tài)的大腦，然后利用觀察者的計(jì)算能力來在顯示器上確定特定的位置，這樣他就能快速地將注意力(視網(wǎng)膜中心)集中在可能的入侵者上。

這種智能電視系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)圖像，并同時(shí)形成變化的圖像-一個(gè)不同的圖像。然后通過增加色彩或勾勒其輪廓來凸現(xiàn)這個(gè)不同的圖像。還加入一種“老鼠腳印”(mouse trail)，這個(gè)不同的圖像然后與原來的實(shí)時(shí)視頻圖像相結(jié)合，以作對(duì)比()。描述了這個(gè)過程的一個(gè)簡(jiǎn)化原理圖，藍(lán)色部分描述的是傳統(tǒng)的攝像機(jī)，紅色部分是額外的電路。

通過分離實(shí)時(shí)的視頻可以得到不同的圖像，信號(hào)發(fā)送到顯示器，并同時(shí)發(fā)送到一個(gè)差分電路和一個(gè)幀存儲(chǔ)電路。從當(dāng)前幀中減去前面的幀，形成不同的圖像(注意：在某些情況下，通過僅僅與前面的一個(gè)幀對(duì)比就能獲得的性能。在其他的情況下，與前面的多個(gè)幀進(jìn)行比較將能提高性能)。因?yàn)槟繕?biāo)曾經(jīng)所在的陰圖與目標(biāo)在新位置的陽(yáng)圖(positive image)都提供了，需要對(duì)不同圖像進(jìn)行清理。增強(qiáng)電路不僅去掉陰圖(negative image)，還能提供邊沿檢測(cè)和“老鼠”腳印。

RTCD和DSP設(shè)計(jì)用于嵌入到攝像電路中，它也可以以板外模塊的形式添加到現(xiàn)有的數(shù)字成像系統(tǒng)中。

實(shí)時(shí)變化檢測(cè)器電路

中顯示了實(shí)時(shí)變化監(jiān)測(cè)器(RTCD)的配置，這個(gè)配置可以使用任何標(biāo)準(zhǔn)CCTV攝像機(jī)的數(shù)字視頻輸出。數(shù)字信號(hào)處理器可以集成到CCTV電路中，也可以作為獨(dú)立的電路板構(gòu)建，以一種可選的模塊提供。在某些情況下，更愿意以一種售后模塊的形式提供RTCD。

數(shù)字視頻輸出被分割成3路，顯示了原始的(標(biāo)準(zhǔn))視頻圖像被發(fā)送到混合器(幀存儲(chǔ)電路和差分電路)。幀存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)整個(gè)幀，存儲(chǔ)k個(gè)幀，k的大小根據(jù)幀速率和應(yīng)用的不同而不同。對(duì)于一個(gè)每秒7幀的攝像機(jī)來說，K的典型值為2(幀)，每秒為30幀的攝像機(jī)k值為6(幀)。通過選擇k值，使用k幀可以對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)產(chǎn)生一個(gè)老鼠腳印的效果。數(shù)字視頻輸出還被饋送到差分電路進(jìn)行比較。在這里，如所示，將形成場(chǎng)景中變化的不同景象。可以注意到，有一個(gè)白色的陰圖，其目標(biāo)在前一幀圖像中，黑色的陽(yáng)圖的目標(biāo)是在一幀中。這時(shí)，需要執(zhí)行幾個(gè)功能。簡(jiǎn)單的就是對(duì)其中一個(gè)圖像進(jìn)行剪輯。通常，人們會(huì)剪輯目標(biāo)所在的前一幀圖像。這里的例子是，將前一幀的目標(biāo)所在的圖像進(jìn)行反轉(zhuǎn)將很有利，這樣黑色的圖像將變成白色，達(dá)到強(qiáng)調(diào)的效果。在某些情況下，實(shí)現(xiàn)信號(hào)增強(qiáng)會(huì)帶來更多好處，簡(jiǎn)單的增強(qiáng)就是將信號(hào)通過一個(gè)數(shù)字濾波器，這樣當(dāng)一個(gè)不同的圖像與實(shí)時(shí)視頻結(jié)合的時(shí)候，就產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)動(dòng)中的目標(biāo)輪廓。

差分電路

來自CCTV的數(shù)字信號(hào)被傳遞到幀存儲(chǔ)電路和差分電路，這由一串緩沖器組成，如所示。每個(gè)緩沖器按一個(gè)幀的時(shí)長(zhǎng)來對(duì)信號(hào)進(jìn)行延時(shí)。每個(gè)緩沖器的輸出被發(fā)送到下一個(gè)緩沖器，發(fā)送到一個(gè)反相器。第k個(gè)緩沖器對(duì)信號(hào)的延時(shí)為k個(gè)幀。反相器的輸出與上一個(gè)視頻幀(實(shí)時(shí)視頻)在求和電路中進(jìn)行求和[注意，在實(shí)時(shí)視頻路徑上有一個(gè)緩沖器用于調(diào)節(jié)反相器的延時(shí)]。這產(chǎn)生一個(gè)k差分圖像。

1-k求和電路(差異圖像)的輸出輸入到信號(hào)限幅電路中，以去掉其中一個(gè)不同的圖像(通常的目標(biāo)是前一幀圖像)，然后所有的k個(gè)被限幅的不同電路信號(hào)進(jìn)行求和，來得到一個(gè)合成的差異圖像。圖像可以進(jìn)行很多轉(zhuǎn)換處理來提高其提示的功能。如前面所描述的，數(shù)字濾波器將能提升變換對(duì)象的輪廓。不同的圖像可能被放大來使信號(hào)飽和(或者使其全黑)，這樣使顯示器飽和(色彩飽和)；或者增加一種色彩使目標(biāo)更突出。

增強(qiáng)的差分信號(hào)然后與原始的視頻信號(hào)混合來形成合成圖像，如所示。通過一種色彩加強(qiáng)輪廓，顯示對(duì)象位置變化。增加了前面第二個(gè)、第三個(gè)幀的側(cè)面輪廓，以提供對(duì)對(duì)象的跟蹤。

作者：Dick Laughlin

總裁

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