CN102355576B

CN102355576B - 高清视频监控方法和***

Info

Publication number: CN102355576B
Application number: CN201110350715.6A
Authority: CN
Inventors: 胡红旗; 宋卫权
Original assignee: Hangzhou Silan Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Silan Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2031-11-08
Also published as: CN102355576A

Abstract

本发明揭示了一种高清视频监控方法和***，以实现了利用标清摄像设备对大视场场景的高清监控。该方法包括：采集广角视场的标清视频信号，所述广角视场划分为多个局部视场；对所述广角视场的标清视频信号进行运动区域分析；根据所述分析结果，采集具有运动的局部视场的标清视频信号；拼接所有局部视场的图像，得到广角视场的高清视频，且在拼接过程中，保持无运动的局部视场的现有图像状态，且利用采集到的标清视频信号图像代替有运动的局部视场的现有图像；输出广角视场的高清视频。

Description

高清视频监控方法和***

技术领域

本发明涉及视频监控技术领域，特别涉及一种利用多路标准清晰度视频采集设备实现高清视频监控的方法和***结构。

背景技术

视频监控是安全防范***的重要组成部分，它是一种防范能力较强的综合***。视频监控以其直观、准确、及时和信息内容丰富而广泛应用于许多场合。近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术也有了长足的发展。

视频监控***主要由采集、传输、控制、显示、记录登记5大部分组成。其中视频采集主要由各观测点的摄像机实现，摄像机将视频图像传输到控制主机，控制主机再将视频信号分配到各监视器及录像设备，同时可将需要传输的语音信号同步录入到录像机内。通过控制主机，操作人员可发出指令，对云台的上、下、左、右的动作进行控制及对镜头进行调焦变倍的操作，并可通过控制主机实现在多路摄像机及云台之间的切换。

目前，视频监控应用中，标准清晰度的视频采集设备得到了广泛的应用，由于规模效应其成本较低。然而，从视频监控发展的趋势来看，高清视频监控是未来的发展方向。但是高清视频监控的发展面临如下问题：

一方面高清视频采集设备的成本较高；另一方面需要替换原有的标清视频采集设备，造成既有投资的浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高清视频监控方法和***，以解决现有高清视频监控面临的成本高的问题以及既有投资浪费的问题。

为解决以上技术问题，本发明提供一种高清视频监控方法，其包括：采集广角视场的标清视频信号，所述广角视场划分为多个局部视场，其中，采集到的广角视场的标清视频信号所显示的监控画面是一个标清监控画面背景；更新所述广角视场的背景图像，具体包括：采集各个局部视场的标清视频信号；以采集到的标清视频信号所反映的图像替换对应局部视场的现有图像，完成广角视场的背景图像更新；对所述广角视场的标清视频信号进行运动区域分析，具体包括：

在时刻i，对广角视场图像帧W_i做运动检测，如果所有区域中都没有运动物体，PTZ摄像球机从按事先设定的顺序，从左上角开始，定位在广角视场中的区域1，获取该区域的局部视场图像帧数据F_i，并记录该图像帧F_i对应的PTZ摄像球机的位置S_i，在所述情况下S_i＝1；

在时刻i+1，对广角视场图像帧W_i+1做运动检测，如果所有区域中都没有运动物体，PTZ摄像球机从按事先设定的顺序，从左上角开始，定位在广角视场中的区域2，获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+1，并记录该图像帧F_i+1对应的PTZ摄像球机的位置S_i+1，在所述情况下S_i+1＝2；

直到在时刻i+n，n取大于1的正整数，对广角视场图像帧W_i+n做运动检测，有区域集合中出现运动物体，其中M为广角视场中划分的区域的总个数，m取大于1的正整数；PTZ摄像球机按从到的顺序，首先定位在广角视场中的区域获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n，并记录该图像帧F_i+n对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n，在所述情况下

接下来的处理根据m的值作如下分类：

1.m＝1，

在i+n+1时刻，对广角视场图像帧W_i+n+1做运动检测，在区域集合中出现运动物体，k取大于1的正整数；

根据与R_i+n+1的关系，分为如下两种情况：

a)

r_{1}^{i + n} &Element; R_{i + n + 1},

则定义

r_{1}^{i + n} = r_{1}^{i + n + 1};

如果k＝1，PTZ摄像球机按定位在广角视场中的区域获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n+1，并记录该图像帧F_i+n+1对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n+1，在所述情况下后续处理转到1，迭代进行；

如果k＞1，PTZ摄像球机按从到的顺序，首先定位在广角视场中的区域获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n+1，并记录该图像帧F_i+n+1对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n+1，在所述情况下后续处理转到1，迭代进行；

b)PTZ摄像球机按从到的顺序，首先定位在广角视场中的区域获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n+1，并记录该图像帧F_i+n+1对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n+1，在所述情况下如果k＝1，后续处理跳转到1，迭代处理；如果k＞1，后续处理跳转到2，迭代处理；

2.m＞1

当m＞1且i+n之后的m-1个时刻，PTZ摄像球机依次定位到获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n+j，并记录该图像帧F_i+n+j对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n+j，在所述情况下从时刻i+n+2到i+n+m的过程中，逐帧对广角视场图像帧W_i+n+j，j＝2，..m做运动检测，分别在区域集合中出现运动物体，jk取大于21的正整数；根据集合

R_{i + n + j} = {r_{j 1}^{i + n + j}, . . . . . . r_{jk}^{i + n + j}}, r_{jk}^{i + n + j} &Element; [1, M], j = 2, . . . m

和

R_{i + n} = {r_{1}^{i + n}, . . . . . . r_{m}^{i + n}}, r_{i}^{i + n} &Element; [1, M]

共同确定PTZ摄像球机在i+n+m+1时刻的定位位置；其中，最近出现的新增运动区域先扫描；

或当m＞1且在i+n+1时刻，对广角视场图像帧W_i+n+1做运动检测，在区域集合中出现运动物体；由于运动的连续性，集合R_i+n与R_i+n+1存在交集；

如果R_i+n＝R_i+n+1，则PTZ摄像球机按从到的顺序，首先定位在广角视场中的区域获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n+1，并记录该图像帧F_i+n+1对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n+1，在所述情况下后续处理跳转到2，迭代处理；

如果R_i+n+1中出现了R_i+n中没有的元素，即新增加了运动区域，记为则PTZ摄像球机按从到的顺序，首先定位在广角视场中的区域获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n+1，并记录该图像帧F_i+n+1对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n+1，在所述情况下后续处理跳转到2，迭代处理；根据所述分析结果，采集具有运动的局部视场的标清视频信号；拼接所有局部视场的图像，得到广角视场的高清视频，且在拼接过程中，保持无运动的局部视场的现有图像状态，且利用采集到的标清视频信号图像代替有运动的局部视场的现有图像；输出广角视场的高清视频。

进一步的，所述更新该广角视场的背景图像的过程中，所述采集与替换是按照一预设顺序进行。

本发明还提供一种高清视频监控***，其包括：视频处理前端以及分别与之连接的广角采集端和局部视场采集端，其中广角采集端，采集广角视场的标清视频信号，所述广角视场划分为多个局部视场，其中，采集到的广角视场的标清视频信号所显示的监控画面是一个标清监控画面背景；视频处理前端，接收所述广角视场的标清视频信号，，更新所述广角视场的背景图像，具体包括：控制所述局部视场采集端采集各个局部视场的标清视频信号；以采集到的标清视频信号所反映的图像替换对应局部视场的现有图像，完成广角视场的背景图像更新；并对其进行运动区域分析，，具体包括：

接下来的处理根据m的值作如下分类：

1.m＝1，

根据与R_i+n+1的关系，分为如下两种情况：

a)

r_{1}^{i + n} &Element; R_{i + n + 1},

则定义

r_{1}^{i + n} = r_{1}^{i + n + 1};

2.m＞1

R_{i + n + j} = {r_{j 1}^{i + n + j}, . . . . . . r_{jk}^{i + n + j}}, r_{jk}^{i + n + j} &Element; [1, M], j = 2, . . . m

和

R_{i + n} = {r_{1}^{i + n}, . . . . . . r_{m}^{i + n}}, r_{i}^{i + n} &Element; [1, M]

如果R_i+n+1中出现了R_i+n中没有的元素，即新增加了运动区域，记为则PTZ摄像球机按从到的顺序，首先定位在广角视场中的区域获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n+1，并记录该图像帧F_i+n+1对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n+1，在所述情况下后续处理跳转到2，迭代处理；且根据所述分析结果，控制局部视场采集端采集具有运动的局部视场的标清视频信号；接收所述局部视场采集端所采集的标清视频信号，并拼接所有局部视场的图像，得到广角视场的高清视频，且在拼接过程中，保持无运动的局部视场的现有图像状态，且利用采集到的标清视频信号图像代替有运动的局部视场的现有图像；输出广角视场的高清视频。

进一步的，所述局部视场采集端为以可动方式安装于广角视场中。

进一步的，所述视频处理前端控制局部视场采集端采集具有运动的局部视场的标清视频信号的过程包括：若所述局部视场采集端无法监控该具有运动的局部视场，则控制其移动到或转向该具有运动的局部视场；局部视场采集端采集该具有运动的局部视场的标清视频信号。

进一步的，若根据所述分析结果，存在多个具有运动的局部视场，则所述视频处理前端控制所述局部视场采集端按一预设顺序在多个具有运动的局部视场间切换，以按序采集对应的局部视场的标清视频信号。

进一步的，所述预设顺序按各个局部视场内运动出现的先后顺序设定。

进一步的，所述局部视场采集端为具有PTZ跟踪功能的标清摄像机。

进一步的，所述视频处理前端在更新该广角视场的背景图像的过程中，控制所述局部视场采集端按一预设顺序采集各个局部视场的标清视频信号；并按该预设顺序完成对应局部视场的图像替换。

进一步的，所述视频处理前端包括：第一模数转换器，接收广角视场的标清视频信号，并将其转换为广角视场数字信号；第二模数转换器，接收局部视场的标清视频信号，并将其转换为局部视场数字信号；视频运动分析单元，接收所述广角视场数字信号，并对其进行运动区域分析；控制单元，根据视频运动分析单元的分析结果，控制局部视场采集端采集具有运动的局部视场的标清视频信号；视频拼接单元，接收所述局部视场数字信号，并拼接所有局部视场的图像，得到广角视场的高清视频；输出单元，输出广角视场的高清视频。

进一步的，所述的高清视频监控***还包括：视频压缩处理单元，与所述输出单元信号连接，将所述广角视场的高清视频压缩后输出。

进一步的，所述的高清视频监控***还包括：数据通信单元，接收一控制信号，该控制信号包括运动分析算法所需的参数，视频拼接算法所需的参数，并分别将这些参数分配给所述视频运动分析单元和视频拼接单元。

以上高清视频监控***与方法利用两路标清视频信号，其中一路视频信号为广角大视场的标清视频信号，另外一路视频信号为近距离的局部视场的标清视频信号，通过对广角视场场景的运动区域分析，控制大视场中多个近距离的局部视场的标清视频信号的采集，并将对多个局部视场场景的图像拼接起来，实现对广角视场的高清视频输出，从而实现高清视频监控。可见，该方法与***利用现有标清设备，实现了高清视频监控，解决了现有高清视频监控面临的成本高的问题以及既有投资浪费的问题。

附图说明

图1为本发明一实施例所提供的高清视频监控***的结构示意图；

图2为本发明一实施例所提供的高清视频监控***的视频处理前端的结构示意图；

图3为本发明另一实施例所提供的高清视频监控***的视频处理前端的结构示意图；

图4为本发明一实施例所提供的高清视频监控方法的流程图；

图5和图6所示为本发明实施例一中标准清晰度的广角大视场场景的区域分割方式以及对应拼接得到的广角大视场场景；

图7和图8所示为本发明实施例二中标准清晰度的广角大视场场景的区域分割方式以及对应拼接得到的广角大视场场景。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举示例性实施例，并配合附图，作详细说明如下。

考虑到高清视频采集设备的成本较高，且需要替换原有的标清视频采集设备，造成既有投资的浪费，本发明以下实施例利用现有标清视频采集设备来实现一种高清视频监控技术。具体利用两路标清视频信号，其中一路视频信号为广角大视场的标清视频信号，另外一路视频信号为近距离的局部视场的标清视频信号，通过对广角视场场景的运动区域分析，控制大视场中多个近距离的局部视场的标清视频信号的采集，并将对多个局部视场场景的图像拼接起来，实现对广角视场的高清视频输出，从而实现高清视频监控。

具体，请参考图1，其为本发明一实施例所提供的高清视频监控***的结构示意图。如图所示，该***包括：视频处理前端110以及分别与之连接的广角采集端120和局部视场采集端130，其中广角采集端120采集广角视场的标清视频信号，且该广角视场划分为多个局部视场；视频处理前端110接收广角视场的标清视频信号，并对其进行运动区域分析；且根据分析结果，控制局部视场采集端采集具有运动的局部视场的标清视频信号；接收所述局部视场采集端所采集的标清视频信号，并拼接所有局部视场的图像，得到广角视场的高清视频，且在拼接过程中，保持无运动的局部视场的现有图像状态，且利用采集到的标清视频信号图像代替有运动的局部视场的现有图像；输出广角视场的高清视频。

可见，广角采集端120用于获取大视场远距离的监控场景，局部视场采集端130用于获取近距离的小范围监控场景。故，较佳的，广角采集端120可以采用具有广角镜头的大视场标清视频采集设备来实现，例如，广角监控摄像机；局部视场采集端130可以采用具有PTZ跟踪功能的标清摄像机(例如，PTZ摄像球机)来实现。视频处理前端110所实现的功能可以包括如下内容：

1.对广角采集端120获取的广角大视场场景图像进行运动区域分析，根据各局部视场中的运动情况，控制局部视场采集端130的运动和聚焦，进而使其采集具有运动的局部视场的标清视频信号；

2.将局部视场采集端130获取的多个区域的局部监控场景图像进行拼接处理，控制局部视场采集端130在不同位置处获取的图像在输处图像中的位置；

3.输出拼接后的高清视频图像；

4.输出标准清晰度广角大视场场景视频；

5.输出局部视场采集端130获取的多个区域的局部监控场景图像，以及对应于局部监控场景图像帧的局部视场采集端130的位置索引。

在一较佳实施例中，局部视场采集端130为以可动方式安装于广角视场中。当然，也可以在每个局部视场区域内安装一个局部视场采集端，但可动方式安装相对于这种多个安装的方式具有更多的优势。首先，可动方式安装节省了局部视场采集端130使用数量，尤其是局部视场区域划分较多的情况下，这种方式极大的节约了成本。相应的，视频处理前端110便需要控制局部视场采集端130的运动轨迹，以采集具有运动的局部视场的标清视频信号，其过程包括：若所述局部视场采集端无法监控该具有运动的局部视场，则控制其移动到或转向该具有运动的局部视场；进而，局部视场采集端130采集该具有运动的局部视场的标清视频信号。

如果存在多个具有运动的局部视场，则视频处理前端110控制局部视场采集端130按一预设顺序在多个具有运动的局部视场间切换，以按序采集对应的局部视场的标清视频信号。

另外，广角采集端120采集广角视场的标清视频信号，监控画面则显示一个标清监控画面背景，需要对这个背景做更新，以显示高清监控画面。故视频处理前端110在对广角视场的标清视频信号进行运动区域分析之前，还需要更新广角视场的背景图像，具体也是利用局部视频采集端130采集各个局部视场的标清视频信号，进行替换拼接实现的。具体包括：控制局部视场采集端130采集各个局部视场的标清视频信号；以采集到的标清视频信号所反映的图像替换对应局部视场的现有图像，当全部替换完毕后，便完成了广角视场的背景图像更新。

需要说明的是，由于广角视场包括多个局部视场，视频处理前端110如果以任意顺序对各个局部视场的图像进行替换，将降低背景图像的更新效率，故而，一种较佳的实现方式是预先设定好替换顺序，这样局部视场采集端130的移动距离或转到方式将更加有效。具体的顺序可根据局部视场的划分，实现最小路径为目的。具体，视频处理前端110在更新广角视场的背景图像的过程中，控制局部视场采集端130按一预设顺序采集各个局部视场的标清视频信号；并按该预设顺序完成对应局部视场的图像替换。

下面对视频处理前端110的硬件实现做进一步详细的描述。

请参考图2，其为本发明一实施例所提供的高清视频监控***的视频处理前端的结构示意图。如图所示，该视频处理前端包括：第一模数转换器(ADC)210、第二模数转换器(ADC)220、视频运动分析单元与控制单元230以及视频拼接单元与输出单元240，其中的实线代表数据流，虚线代表控制流。其中，第一模数转换器210接收广角视场的标清视频信号，并将其转换为广角视场数字信号；第二模数转换器220接收局部视场的标清视频信号，并将其转换为局部视场数字信号；视频运动分析单元，接收广角视场数字信号，并对其进行运动区域分析；控制单元，根据视频运动分析单元的分析结果，控制局部视场采集端130采集具有运动的局部视场的标清视频信号；视频拼接单元，接收局部视场数字信号，并拼接所有局部视场的图像，得到广角视场的高清视频；

输出单元，输出广角视场的高清视频。

需要说明的是，在本实施例中视频运动分析单元与控制单元集成在一起，视频拼接单元与输出单元集成在一起，然而本发明不以此为限，他们也可以分开设置。

请继续参考图3，其为本发明另一实施例所提供的高清视频监控***的视频处理前端的结构示意图。如图所示，其与图2所示的视频处理前端相同，具有第一模数转换器(ADC)210、第二模数转换器(ADC)220、视频运动分析单元与控制单元230以及视频拼接单元与输出单元240，其中的实线代表数据流，虚线代表控制流，在此不再详细赘述。只是对其不同之处加以描述，在该实施例中，还包括视频压缩处理单元310和数据通信单元320。其中，视频压缩处理单元310与输出单元信号连接，将广角视场的高清视频压缩后输出。数据通信单元320接收一控制信号，该控制信号包括运动分析算法所需的参数，视频拼接算法所需的参数，并分别将这些参数分配给视频运动分析单元和视频拼接单元。较佳的，该控制信号还包括视频压缩处理单元的控制参数，该参数分配给视频压缩处理单元310。可见，数据通信单元320分别与视频运动分析单元、视频拼接单元和视频压缩处理单元310信号连接(如图中虚线所示)。

图中，两路模拟标清视频信号输入视频处理前端，经过ADC后变为数字视频信号。其中标清视频1为广角大视场场景画面，标清视频2为PTZ摄像球机扑捉的局部视场场景画面。图中的带箭头的虚线表示控制流，箭头方向为其流向，带箭头的实线表示数据流，箭头方向为其流向。PTZ控制通道的输出控制PTZ摄像球机的信息，用于控制PTZ球机的俯仰、旋转和缩放，符合派尔高P协议。双向的控制信号用于从外部的网络接口得到视频处理前端设备所需的各种控制参数，如运动分析算法所需的参数，视频拼接算法所需的参数，以及视频压缩处理单元的控制参数；并输出视频处理前端设备内部计算得到的结果，如PTZ运动轨迹，视频拼接的位置信息等。视频压缩处理单元对输入的视频信号进行压缩，得到压缩后的码流数据。码流数据可通过数据通信单元，传输到视频处理前端的外部，或者直接输出码流数据。视频拼接单元对输入的局部视场场景画面，结合视频运动分析的结果，按照一定的拼接算法，拼接得到高清视频画面并输出。

其中，视频拼接的实现方法，可以是简单的图像裁剪，然后放置在相邻的位置上，这种方法可能导致相邻图像间的明显边界；也可以对相邻的边界进行相似性匹配处理，实现相邻位置处图像的融合和无缝拼接。其为本领域技术人员所熟知，本申请不一一赘述。

相应于以上***，本发明还提供一种高清视频监控方法，具体请参考图4，该方法包括包括如下步骤：

S410：采集广角视场的标清视频信号，所述广角视场划分为多个局部视场；

S420：对所述广角视场的标清视频信号进行运动区域分析；

S430：根据所述分析结果，采集具有运动的局部视场的标清视频信号；

S440：拼接所有局部视场的图像，得到广角视场的高清视频，且在拼接过程中，保持无运动的局部视场的现有图像状态，且利用采集到的标清视频信号图像代替有运动的局部视场的现有图像；

S450：输出广角视场的高清视频。

需要说明的是，采集到的广角视场的标清视频信号所显示的监控画面是一个标清监控画面背景，需要对这个背景做更新，以显示高清监控画面。故在对广角视场的标清视频信号进行运动区域分析之前，还包括更新广角视场的背景图像的步骤，其包括：采集各个局部视场的标清视频信号；以采集到的标清视频信号所反映的图像替换对应局部视场的现有图像，待完成所有替换后，完成广角视场的背景图像更新。较佳的，更新该广角视场的背景图像的过程中，所述采集与替换是按照一预设顺序进行。

另外，在步骤S430中，如果分析结果表明具有两个以上的区域(即局部视场)具有运动，则按照一预设顺序采集具有运动的局部视场的标清视频信号。

下面通过具体实例来详细描述以上方法与***的实现原理、特征以及优点。需要说明的是，以下实施例中，局部视场采集端130均采用PTZ跟踪功能的标清摄像球机实现，然而本发明不以此为限，也可以采用其他近距离的小范围监控设备。

实施例一：两路标清视频输入实现720P高清视频监控

图5和图6所示为标准清晰度的广角大视场场景的一种区域分割方式以及对应拼接得到的广角大视场场景，分为4个区域。对广角大视场图像的每个区域由视频处理前端110进行运动检测，如果所有的区域中都没有运动物体时，具有PTZ跟踪功能的标清摄像球机(以下简称PTZ摄像球机)按某种预设顺序，依次扫描各区域。被扫描到的区域输出实时图像画面，其他区域输出背景图像。扫描的过程中，同时完成了背景的更新。一种扫描顺序为：1-＞2-＞4-＞3-＞1-＞2-＞4-＞3......。当然，此扫描顺序仅为举例，并非用以限制本发明，其也可以以其他顺序进行，只是在一个扫描周期内，这种顺序的设定使得PTZ摄像球机所经路径最短，将使得监控更加有效，例如设定2-＞4-＞3-＞1-＞2-＞4-＞3-＞1......这种顺序也可以。

当检测到某个时间点某一个区域中有运动物体时，例如区域2有运动物体，将PTZ摄像球机，定位到区域2，在输出画面上呈现区域2中局部视场场景的监控图像。对于其他没有运动的区域，输出其背景图像或前一时间点的图像，即现有图像状态。

当同时在多个区域中检测到运动物体时，PTZ摄像球机按某种顺序依次扫描多块包含运动物体的区域，在相应的区域中更新图像内容。同时，其他没有运动的区域，输出其之前拍摄到的背景图像或前一时间点的图像，即现有图像状态。例如，在某一时间点，同时检测到区域2和区域3中都有运动物体时，将PTZ摄像球机，先定位到区域2，在输出画面上呈现区域2中近距离监控图像；然后将PTZ摄像球机，定位到区域3，在输出画面上呈现区域3中近距离监控图像。PTZ摄像球机在区域2和区域3之间切换，直到其中某一个区域中不再有运动物体，或者除区域2和3外的其他区域中也出现了运动物体。在上述具有PTZ跟踪功能的标清摄像球机定位区域切换过程中，其他没有运动的区域，输出背景图像或前一时间点的图像，即现有图像状态。

更加通用的PTZ摄像球机的控制策略：将PTZ摄像球机的工作过程分为两个阶段：初始化阶段和监控阶段。

初始化阶段：实现背景更新

PTZ摄像球机按预先设定的顺序扫描广角视场中的区域，得到各区域在高清视频输出画面中的初始画面。初始化过程中，对于广角视场图像数据可以做运动检测，也可以不做运动检测。即便是做运动检测，其结果也不用于控制PTZ摄像球机的运动轨迹。

监控阶段：实现高清视频监控

初始化阶段结束后紧接着的时刻i，对广角视场图像帧W_i做运动检测。如果所有区域中都没有运动物体，PTZ摄像球机从按事先设定的顺序，从左上角开始，定位在广角视场中的区域1，获取该区域的局部视场图像帧数据F_i，并记录该图像帧F_i对应的PTZ摄像球机的位置S_i，在所述情况下S_i＝1。

在时刻i+1，对广角视场图像帧W_i+1做运动检测。如果所有区域中都没有运动物体，PTZ摄像球机从按事先设定的顺序，从左上角开始，定位在广角视场中的区域2，获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+1，并记录该图像帧F_i+1对应的PTZ摄像球机的位置S_i+1，在所述情况下S_i+1＝2。

直到在时刻i+n，n取大于1的正整数，对广角视场图像帧W_i+n做运动检测，有区域集合中出现运动物体，其中M为广角视场中划分的区域的总个数，m取大于1的正整数。PTZ摄像球机按从到的顺序，首先定位在广角视场中的区域获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n，并记录该图像帧F_i+n对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n，在所述情况下接下来的处理根据m的值作如下分类：

1.m＝1，

在i+n+1时刻，对广角视场图像帧W_i+n+1做运动检测，在区域集合中出现运动物体，k取大于1的正整数。根据与R_i+n+1的关系，分为如下两种情况：

a)

r_{1}^{i + n} &Element; R_{i + n + 1},

则定义

r_{1}^{i + n} = r_{1}^{i + n + 1} .

如果k＝1，PTZ摄像球机按定位在广角视场中的区域获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n+1，并记录该图像帧F_i+n+1对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n+1，在所述情况下后续处理转到1，迭代进行。

如果k＞1，PTZ摄像球机按从到的顺序，首先定位在广角视场中的区域获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n+1，并记录该图像帧F_i+n+1对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n+1，在所述情况下后续处理转到1，迭代进行。

b)PTZ摄像球机按从到的顺序，首先定位在广角视场中的区域获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n+1，并记录该图像帧F_i+n+1对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n+1，在所述情况下如果k＝1，后续处理跳转到1，迭代处理。如果k＞1，后续处理跳转到2，迭代处理。

2.m＞1

第一种处理方案：接下来的m-1个时刻，PTZ摄像球机依次定位到获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n+j，并记录该图像帧F_i+n+j对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n+j，在所述情况下

从时刻i+n+2到i+n+m的过程中，逐帧对广角视场图像帧W_i+n+j，j＝2，..m做运动检测，分别在区域集合中出现运动物体，jk取大于21的正整数。根据集合和共同确定PTZ摄像球机在i+n+m+1时刻的定位位置。原则是：最近出现的新增运动区域先扫描。

第二种处理方案：

在i+n+1时刻，对广角视场图像帧W_i+n+1做运动检测，在区域集合中出现运动物体。由于运动的连续性，集合R_i+n与R_i+n+1存在交集。

如果R_i+n＝R_i+n+1，则PTZ摄像球机按从到的顺序，首先定位在广角视场中的区域获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n+1，并记录该图像帧F_i+n+1对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n+1，在所述情况下后续处理跳转到2，迭代处理。

如果R_i+n+1中出现了R_i+n中没有的元素，即新增加了运动区域，记为则PTZ摄像球机按从到的顺序，首先定位在广角视场中的区域获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n+1，并记录该图像帧F_i+n+1对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n+1，在所述情况下后续处理跳转到2，迭代处理。

输出的高清画面中，用于时分复用的缘故，各分割区域中图像画面的实际帧率会降低。根据PTZ摄像球机的扫描方式的不同，不同区域中的实际帧率是不同的。考虑到实际应用中，对于没有运动的区域，其画面基本上是静止的，对于该静止区域，降低其帧率对监控的效果是没有影响的。

对于大视场远距离场景中只有一个运动区域的情况，由于PTZ摄像球机会定位在该运动区域，该运动区域的的帧率为实时帧率。其他非运动区域，场景是没有变化的，降低其帧率不影响监控效果。

对于大视场远距离场景中有两个运动区域的情况，PTZ摄像球机会在所述两个运动区域之间切换，运动区域中的平均帧率为实时帧率的一半。对于视频监控应用，平均帧率为实时帧率的一半的情况是可以接受的。其他非运动区域，场景是没有变化的，降低其帧率不影响监控效果。

对于大视场远距离场景中有N个运动区域的情况，PTZ摄像球机会在所述所有运动区域之间切换，运动区域中的平均帧率为实时帧率的1/N。在N＜10的情况下，通过实验发现，对于视频监控应用，平均帧率为实时帧率的1/N的情况是可以接受的。其他非运动区域，场景是没有变化的，降低其帧率不影响监控效果。

通过实验，对于场景中同一时刻点运动区域的个数统计得出数据如表1。

实验条件：输出720P的大视场近距离场景，输入两路标清格式的视频数据。广角大视场场景被分为4个区域。对某个应用场景一天的监控画面的分析。

表1

一帧中包含运动物体区域的个数	占总帧数比例
		0	51.8％
1	32.4％
		2	8.1％
3	4.7％
		4	2.3％

从上述统计数据可以看出，90％以上的监控画面中，有不多于两个的运动区域，所发明的装置可实现的对大部分的场景的高清视频监控。

实施例二：两路标清视频输入实现1080P高清视频监控

图7和图8所示为标准清晰度的广角大视场场景的区域分割方式以及对应拼接得到的广角大视场场景，分为6个区域，对每个区域由视频处理前端进行运动检测。

情况1：如果所有的区域中都没有运动物体时，PTZ摄像球机按某种预设的顺序，依次扫描各区域。被扫描到的区域输出实时图像画面，其他区域输出背景图像。扫描的过程中，同时完成了背景的更新。一种扫描顺序为：1-＞2-＞3-＞6-＞5-＞4-＞1-＞2-＞3-＞6-＞5-＞4-＞......。同以上实施例的描述，该顺序仅为举例，并非用以限制本发明。

情况2：当检测到某个时间点某一个区域中有运动物体时，例如区域2有运动物体，将PTZ摄像球机，定位到区域2，在输出画面上呈现区域2中近距离监控图像。对于其他没有运动的区域，输出其背景图像或前一时间点的图像，即现有图像状态。

情况3：当同时在多个区域中检测到运动物体时，PTZ摄像球机按某种预定顺序(这里的预定顺序可以与以上背景更新中的预定顺序相同，只是跨过没有检测到运动的区域)依次扫描多块包含运动物体的区域，在相应的区域中更新图像内容。同时，其他没有运动的区域，输出其之前拍摄到的背景图像或前一时间点的图像，即现有图像状态。例如，在某一时间点，同时检测到区域2和区域3中都有运动物体时，将PTZ摄像球机，先定位到区域2，在输出画面上呈现区域2中近距离监控图像；然后将PTZ摄像球机，定位到区域3，在输出画面上呈现区域3中近距离监控图像。PTZ摄像球机在区域2和区域3之间切换，直到出现如下三种情况之一：

a)其中某一个区域中不再有运动物体，

b)除区域2和3外的其他区域中也出现了运动物体。

b)其中某一个区域中不再有运动物体的同时，除区域2和3外的其他区域中也出现了运动物体。

对于情况a)，可按上述情况1处理。对于情况b)和情况c)可按所述情况3处理，

在上述具有PTZ跟踪功能的标清摄像球机定位区域切换过程中，其他没有运动的区域，输出其背景图像或前一时间点的图像，即现有图像状态。

通过实验，对于场景中同一时刻点运动区域的个数统计得出数据如下表2。

实验条件：输出1080P的大视场近距离场景，输入两路标清格式的视频数据。广角大视场场景被分为6个区域。对某个应用场景一天的监控画面的分析。

表2

一帧中包含运动物体区域的个数	占总帧数比例
		0	44.3％
1	31.6％
		2	15.1％
3	10.7％
		4	4.8％

5	2.5％
		6	1.4％

从上述统计数据可以看出，90％以上的监控画面中，有不多于三个的运动区域，所发明的装置可实现的对大部分的场景的高清视频监控。

在以上实施例中，利用两路标清视频信号，其中一路视频信号为广角大视场标清视频信号，呈现大视场的场景；其中另外一路视频信号为传统的PTZ摄像球机输出的视频场景信号。通过对所述广角视场场景的运动区域分析，控制PTZ摄像球机的运动，并将PTZ摄像球机采集的多个局部视场场景的图像拼接起来，实现对广角视场的高清视频输出，从而实现高清视频监控。其中，将广角大视场场景的监控画面分割成多个区域。对每一个区域，利用PTZ摄像球机通过扫描的方式获取各区域的局部场景监控画面，并将各区域的画面拼接为高清画面输出。

较佳的，对广角大视场的监控画面中的每个事先划定的区域进行运动检测，当所有的区域中都没有运动物体时，PTZ摄像球机按某种预定顺序，依次扫描各区域。在输出的高清画面中，被扫描到的区域输出实时图像内容，其他没有运动的区域，输出现有图像状态。当检测到只有一个区域中有运动物体时，将PTZ摄像球机，定位到这个区域，在输出高清画面中的该区域位置处呈现该区域局部视场监控图像。其他没有运动的区域，在输出高清画面中呈现其之前最近时刻获取的局部视场图像。当在多个事先划定区域中检测到运动物体时，根据对广角大视场的监控画面中事先划定区域的检测结果，结合PTZ摄像球机当前的位置，确定PTZ摄像球机定位的区域，并按某种预设顺序依次定位多块包含运动物体的区域，在输出高清画面中，在所述包含运动物体的的区域中输出局部视场监控图像。其他没有运动的区域，在输出高清画面中呈现现有图像状态。

可见，利用以上方法和***实现了利用标清摄像设备对大视场场景的高清监控。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种高清视频监控方法，其特征是，包括：

采集广角视场的标清视频信号，所述广角视场划分为多个局部视场，其中，采集到的广角视场的标清视频信号所显示的监控画面是一个标清监控画面背景；

更新所述广角视场的背景图像，具体包括：采集各个局部视场的标清视频信号；以采集到的标清视频信号所反映的图像替换对应局部视场的现有图像，完成广角视场的背景图像更新；

对所述广角视场的标清视频信号进行运动区域分析，具体包括：

接下来的处理根据m的值作如下分类：

1.m＝1，

根据与R_i+n+1的关系，分为如下两种情况：

a)

r_{1}^{i + n} &Element; R_{i + n + 1},

则定义

r_{1}^{i + n} = r_{1}^{i + n + 1};

2.m＞1

当m＞1且i+n之后的m-1个时刻，PTZ摄像球机依次定位到j＝2，...m，获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n+j，并记录该图像帧F_i+n+j对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n+j，在所述情况下从时刻i+n+2到i+n+m的过程中，逐帧对广角视场图像帧W_i+n+j，j＝2，..m做运动检测，分别在区域集合中出现运动物体，jk取大于21的正整数；根据集合

R_{i + n + j} = {r_{j 1}^{i + n + j}, . . . . . . r_{jk}^{i + n + j}}, r_{jk}^{i + n + j} &Element; [1, M],

j＝2，...m和

R_{i + n} = {r_{1}^{i + n}, . . . . . . r_{m}^{i + n}}, r_{i}^{i + n} &Element; [1, M]

如果R_i+n+1中出现了R_i+n中没有的元素，即新增加了运动区域，记为t_j∈[1，k]；则PTZ摄像球机按从到的顺序，首先定位在广角视场中的区域获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n+1，并记录该图像帧F_i+n+1对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n+1，在所述情况下后续处理跳转到2，迭代处理；

根据所述分析结果，采集具有运动的局部视场的标清视频信号；

拼接所有局部视场的图像，得到广角视场的高清视频，且在拼接过程中，保持无运动的局部视场的现有图像状态，且利用采集到的标清视频信号图像代替有运动的局部视场的现有图像；

输出广角视场的高清视频。

2.根据权利要求1所述的高清视频监控方法，其特征是，所述更新该广角视场的背景图像的过程中，所述采集与替换是按照一预设顺序进行。

3.一种高清视频监控***，其特征是，包括：视频处理前端以及分别与之连接的广角采集端和局部视场采集端，其中，

广角采集端，采集广角视场的标清视频信号，所述广角视场划分为多个局部视场，其中，采集到的广角视场的标清视频信号所显示的监控画面是一个标清监控画面背景；

视频处理前端，接收所述广角视场的标清视频信号，更新所述广角视场的背景图像，具体包括：控制所述局部视场采集端采集各个局部视场的标清视频信号；以采集到的标清视频信号所反映的图像替换对应局部视场的现有图像，完成广角视场的背景图像更新；并对其进行运动区域分析，具体包括：

接下来的处理根据m的值作如下分类：

1.m＝1，

根据与R_i+n+1的关系，分为如下两种情况：

a)

r_{1}^{i + n} &Element; R_{i + n + 1},

则定义

r_{1}^{i + n} = r_{1}^{i + n + 1};

2.m＞1

R_{i + n + j} = {r_{j 1}^{i + n + j}, . . . . . . r_{jk}^{i + n + j}}, r_{jk}^{i + n + j} &Element; [1, M],

j＝2，...m和

R_{i + n} = {r_{1}^{i + n}, . . . . . . r_{m}^{i + n}}, r_{i}^{i + n} &Element; [1, M]

如果R_i+n+1中出现了R_i+n中没有的元素，即新增加了运动区域，记为则PTZ摄像球机按从到的顺序，首先定位在广角视场中的区域获取该区域的局部视场图像帧数据F_i+n+1，并记录该图像帧F_i+n+1对应的PTZ摄像球机的位置S_i+n+1，在所述情况下后续处理跳转到2，迭代处理；

且根据所述分析结果，控制局部视场采集端采集具有运动的局部视场的标清视频信号；接收所述局部视场采集端所采集的标清视频信号，并拼接所有局部视场的图像，得到广角视场的高清视频，且在拼接过程中，保持无运动的局部视场的现有图像状态，且利用采集到的标清视频信号图像代替有运动的局部视场的现有图像；输出广角视场的高清视频。

4.根据权利要求3所述的高清视频监控***，其特征是，所述局部视场采集端为以可动方式安装于广角视场中。

5.根据权利要求4所述的高清视频监控***，其特征是，所述视频处理前端控制局部视场采集端采集具有运动的局部视场的标清视频信号的过程包括：

若所述局部视场采集端无法监控该具有运动的局部视场，则控制其移动到或转向该具有运动的局部视场；

局部视场采集端采集该具有运动的局部视场的标清视频信号。

6.根据权利要求4所述的高清视频监控***，其特征是，若根据所述分析结果，存在多个具有运动的局部视场，则所述视频处理前端控制所述局部视场采集端按一预设顺序在多个具有运动的局部视场间切换，以按序采集对应的局部视场的标清视频信号。

7.根据权利要求6所述的高清视频监控***，其特征是，所述预设顺序按各个局部视场内运动出现的先后顺序设定。

8.根据权利要求3所述的高清视频监控***，其特征是，所述局部视场采集端为具有PTZ跟踪功能的标清摄像机。

9.根据权利要求3所述的高清视频监控***，其特征是，所述视频处理前端在更新该广角视场的背景图像的过程中，控制所述局部视场采集端按一预设顺序采集各个局部视场的标清视频信号；并按该预设顺序完成对应局部视场的图像替换。

10.根据权利要求3所述的高清视频监控***，其特征是，所述视频处理前端包括：

第一模数转换器，接收广角视场的标清视频信号，并将其转换为广角视场数字信号；

第二模数转换器，接收局部视场的标清视频信号，并将其转换为局部视场数字信号；

视频运动分析单元，接收所述广角视场数字信号，并对其进行运动区域分析；

控制单元，根据视频运动分析单元的分析结果，控制局部视场采集端采集具有运动的局部视场的标清视频信号；

视频拼接单元，接收所述局部视场数字信号，并拼接所有局部视场的图像，得到广角视场的高清视频；

输出单元，输出广角视场的高清视频。

11.根据权利要求10所述的高清视频监控***，其特征是，还包括：

视频压缩处理单元，与所述输出单元信号连接，将所述广角视场的高清视频压缩后输出。

12.根据权利要求10所述的高清视频监控***，其特征是，还包括：

数据通信单元，接收一控制信号，该控制信号包括运动分析算法所需的参数，视频拼接算法所需的参数，并分别将这些参数分配给所述视频运动分析单元和视频拼接单元。