專利名稱：檢測移動物的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動檢測一個場景，如一個攝象機視野中的移動物的方法及裝置。對于建筑物及地區(qū)的保安經(jīng)常使用電子保安設(shè)備。電視設(shè)備與此相關(guān)地用于在一定情況下對現(xiàn)有的警衛(wèi)人員提供關(guān)于現(xiàn)場事件的發(fā)光圖象。但是，由于持續(xù)地觀察電視監(jiān)視器是不合情理的，通常使用了移動物報警器，它向警衛(wèi)人員發(fā)出現(xiàn)場事件或移動物的信號。通常對此使用了視頻移動物報警器，它能通過對由攝象機提供的視頻信號的適當(dāng)求值從電子途徑上識別現(xiàn)場中的移動物。這樣一種方法譬如被描述在DE 32 14 254 A中。
該公知的用于檢測移動物的方法及裝置僅求出一個場景亮度信息的值。在此情況下，產(chǎn)生一個問題，即尤其是在戶外監(jiān)視時被監(jiān)視場景的具有許多變化，這些變化不是通過待識別對象如人或車輛引起的，而是通過各種類型的光照波動引起的。這些光照波動的原因可能是遮住太陽的云彩，被風(fēng)吹動的樹影，暫時來去的流光、例如通過在晨昏光線中觀察的場景旁弛過的汽車的前燈或類似物引起的光照波動，它們不能均勻地覆蓋整個被觀察的場景，故從電子途徑上難以和移動的人及車輛相區(qū)分。在通常公知的移動物檢測方法及裝置中，將盡可能好地區(qū)分待識別的及應(yīng)忽略的場景變化，例如，通過自動樣本圖形識別來區(qū)分，由此能盡可能可靠地實現(xiàn)該區(qū)分。在該方法中，必需持續(xù)地同時處理極大量的圖象點，以便勉強可靠地識別待搜索的樣本圖形。為此需要大量的計算成本，該計算成本隨待監(jiān)視的總圖象點數(shù)成超正比地上升。但在識別時還是容易出錯，例如，當(dāng)場景中待識別的樣本圖形被部分遮蓋時。
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種檢測移動物的方法及裝置，它們僅借助于個別的圖象點就能對移動物的存在比傳統(tǒng)的方法及裝置作出顯著可靠得多的估價。
該任務(wù)將通過獨立權(quán)利要求中的方法及裝置來解決。
本發(fā)明乃基于這樣的構(gòu)思，即為了檢測移動物，一個點的顏色特征或者顏色值通過測量它的亮度值在至少兩個不同的頻譜域中測量并且該被測量的亮度值作為一個矢量進行理解。當(dāng)只是一個點的照射改變時，不同的亮度值也平行地改變，即為該點所設(shè)置的矢量改變它的長度。如果該點的色調(diào)改變，則引起該矢量進行旋轉(zhuǎn)。該矢量通過旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的距離被得到，并且當(dāng)其超過一個預(yù)定的閾值時，判定存在一個運動。
該距離可用各種方式來測量，例如作為角度距離，作為笛卡兒坐標距離或根據(jù)任何另外合適的量度制來測量。
確定矢量的矢量空間的維n’可相應(yīng)于確定亮度值的數(shù)目n，但也可比其小一。
在后一情況下，可取的是，在n’維矢量空間中的矢量通過線性變換用一個變換矩陣來確定n個亮度值，在該矩陣每行中的系數(shù)包括正及負的符號。這樣得到的矢量分量在單純亮度改變時相對小地變化，但在色度變化時變化大。
一個矩陣行的系數(shù)和最好為0，在此情況下，所包含的矢量分量對于監(jiān)視場景中一個消色差點的亮度變化完全不敏感。此外符合目的的是，在被觀察的場景中選擇占優(yōu)勢的色調(diào)及這樣選擇系數(shù)，即使該色調(diào)的線性變換為0。由此可使該場景用其著有的色調(diào)或在彩色光照下可靠地被監(jiān)視。
根據(jù)本發(fā)明，特別有利的是，確定傳統(tǒng)攝象機可工作的頻譜區(qū)域上的亮度值。這些頻譜區(qū)域可為一個彩色視頻信號的三個標準頻譜區(qū)域R，G，B，可為由CCD簡便彩色攝象機觀察的彩色深藍，深紅，黃及綠色，但也可選擇與此偏離的顏色，例如，當(dāng)待監(jiān)視場景的照明或色調(diào)類型可能出現(xiàn)這些偏離色調(diào)顯示時。還可附加于或取代所述的頻譜范圍，在可見光外，在位于紅外或紫外頻譜范圍中進行監(jiān)視。
當(dāng)測量的頻譜區(qū)域是頻譜區(qū)域R，G，B時，最好線性變換在一個坐標系U，V；I，Q；或DB，DR中進行。這些坐標系U，V；I，Q；或DB，DR的定義是PAL、NTSC、或SECAM彩色制中公知的。
當(dāng)對一個點的色度值配置的矢量很短時，例如由于該點的亮度值在所觀察的頻譜區(qū)域中很小時，則由該矢量確定的直線包含相對大的不可靠性，它可能導(dǎo)致在比較兩個矢量方向時錯誤地識別一個根本不存在的移動物。為了避免這樣的錯誤，最好在對一個圖象點配置的兩個矢量中將較長的選為第一矢量，因為其方向可被精確地確定。
當(dāng)需要檢測非常強的照度圖象點時，可能出現(xiàn)另一問題。當(dāng)檢測的亮度值線性地正比于光照強度時，一個矢量的方向在光照強度變化時保持不變。但當(dāng)檢測亮度值用的傳感器的飽和極限值被超過時，情況就不再是如此。對此問題將這樣來處理，在步驟(a)中對該時間點記錄m個不同頻譜區(qū)域中的m個亮度值；當(dāng)亮度值中的一個超過飽和極限值時，將不采納該相應(yīng)頻譜區(qū)域的亮度值，及在步驟(b)至(d)中將采用其亮度值低于飽和極限值的那些n個頻譜區(qū)域的亮度值。
從以下結(jié)合附圖對實施例的說明中將會得到本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點。附圖為-

圖1根據(jù)本發(fā)明的移動物檢測裝置，-圖2用于說明該方法的第一構(gòu)型的一個三維彩色矢量空間的描述圖，-圖3用于說明超過飽和極限值的色度值處理的三維彩色矢量空間的第二描述圖，-圖4該方法第二構(gòu)型的流程圖，-圖5用于說明該方法第二構(gòu)型的一個二維彩色矢量空間的描述圖，-圖6該方法第二構(gòu)型的流程圖。
圖1以極概括的方式表示一個根據(jù)本發(fā)明的移動物檢測裝置。它包括瞄準一個場景的彩色攝象機1、一個接口3，后者接收由攝象機1攝取的圖象并將作為結(jié)果的數(shù)字化RGB值輸出到一個具有讀寫存儲器5及計算機單元7的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的母線上。每個圖象點的數(shù)據(jù)被存儲在讀寫存儲器5中。計算機單元7同樣接收由接口7輸出的每個圖象點的數(shù)據(jù)，從讀寫存儲器5讀出在前一時刻存儲于其中的同一圖象點的數(shù)據(jù)并對其進行處理，對這些處理將結(jié)合圖2及3詳細地描述。
攝象機1對于每個圖象點給出三個亮度值R、G、B，這些值(以隨機單位)可取“0”(暗景)及“1”(最大信號)之間的值。所有可能的三重值的總和可表示為一個三維矢量空間中邊長為1的立方體，如圖2中所示。
矢量A1表示在第一時刻由攝象機對于一個圖象點輸出的三重值。如果在該被觀察點的照明強度以一個給定的系數(shù)變化時，所有三個亮度值以相同的系數(shù)變化。因此，例如在照明增強時，矢量A1可過渡到矢量A2。如果在該圖象的相關(guān)點上發(fā)生了一個移動，通?？赏ㄟ^該點上色調(diào)的變化來表達。于是可得到一個新的矢量B、該矢量將不平行于矢量A1及A2。計算單元7對于該相關(guān)圖象點確定d=｜B×A1｜／｜A1｜。
該表達式表達矢量B的頂點到由矢量A1確定的直線的垂線長度。當(dāng)該距離超過一個給定極限值ε時，換言之，當(dāng)矢量B位于繞矢量A1周圍半徑為ε的圓柱體以外時，計算單元7將判斷出該彩色變化是以移動物為根據(jù)的，并發(fā)出一個相應(yīng)的警報信號。
圖3表示該方法的一個變型，其情況為，所測量亮度值中的一個位于攝象機1的飽和極限的附近。在圖3中，彩色矢量A3的B值接近1并由此在攝象機的飽和區(qū)域中。相反地，R值及G值明顯小于1，如矢量A3在RG平面中的投影A3’所示。
當(dāng)矢量A3的圖象點上的照明強度增加時，飽和的B值不是與R值及G值以相同的程度增長，因為R值及G值不會超過值1，該值相應(yīng)于攝象機1的全量值。這將引起，隨著照明強度的增大，彩色矢量不僅其程度變化，而且其方向也變化，例如這時從A3過渡到A4。矢量A4的端點顯然位于A3周圍其半徑為ε的圓柱體Z3以外。對該問題可這樣地考慮，即在彩色矢量A3及A4的求值時干脆不考慮飽和的B值。因此，所考慮的矢量空間從現(xiàn)在的三維R、G、B減少到兩維R、G。由此對矢量A3、A4不再檢測方向的變化，而是檢測RG平面中的投影A3’、A4’。當(dāng)矢量A4’的頂端到由矢量A3’確定的直線的垂線其長度大于半徑ε時，即A4’的端點位于圓柱Z3在RG平面上的投影，即2ε寬度的條帶Z3’以外時，則計算單元7將判斷出存在一個移動物。在目前情況下，其中僅是照明強度變化，該變化與R及G的亮度值成正比，因此A3’及A4’為共線。由此可確定出無任何移動物。
當(dāng)所測量的頻譜區(qū)域中的另一個飽和時，該方法自然以相同方式進行，但其中投影將落在另一相應(yīng)平面上。
當(dāng)然也可以測量多個或不同于所述三個的頻譜區(qū)域，尤其是對一個場景的亮度可在紅外或紫外區(qū)域中進行測量。當(dāng)在所有測量頻譜區(qū)域中具有兩個低于飽和極限值的亮度值時，本發(fā)明的可實施性便可被滿足。
圖4表示根據(jù)圖2及3描述的方法的流程圖，其中將檢測普遍的M個頻譜區(qū)域。
在步驟41上，計算單元從攝象機1接收亮度值H1=(H1l，…H1m)。在下一步驟42中，計算單元從存儲器5讀出屬于該同一點的亮度值H2=(H2l，…H2m)，該值是在由攝象機1傳輸上個圖象時存儲在該存儲器中的。接著(步驟43)，在存儲器中用值H1改寫亮度值H2。
計算單元現(xiàn)在來確定這樣的頻譜區(qū)域i，對于這些區(qū)域無論是H1i還是H2i均低于適合相關(guān)頻譜區(qū)域的飽和極限值(步驟44)。這樣得到的值具有可能減少的分量數(shù)目n并可歸結(jié)為矢量h1、h2(步驟45)。
然后在步驟46中確定平方和h12=h1l2+…+h1n2及h22=h2l2+…+h2n2，并彼此相比較。當(dāng)h12＜h22時，將這兩個矢量互換，以使得h2為這兩個矢量中較短的。較長的矢量的平方值將在步驟48中與一個最小值相比較。如果它小于該最小值，則確定出該矢量太短，不足以能以滿足檢測移動物的可靠性來確定其方向。在此情況下，結(jié)束該處理。
另外也可在步驟48中將平方值與零相比較，并當(dāng)相等時結(jié)束該處理。該比較能比與實常數(shù)E的比較更快地進行。
但如果在步驟48中，h2的平方值足夠大，能以足夠的可靠性確定矢量的方向，(或它不為零，)則在步驟49中，計算從矢量h2的端點到由h1確定的直線的垂線的長度d。對此可與矢量分量數(shù)目無關(guān)地使用以下公式d=｜(h2·e1)e1-h2｜其中e1=h1/ |h1|在步驟50中，將求得的長度d與預(yù)定極限值ε相比較。當(dāng)d為小時，可結(jié)束對于該相關(guān)圖象點的該方法，及可對另一圖象點重復(fù)該方法。當(dāng)d為大時，計算單元在步驟51中輸出一個信號，它指示存在一個移動物。
圖5用繪制的YUV坐標系表示RGB彩色矢量空間的第二示圖。傳統(tǒng)的彩色電視系統(tǒng)不是直接傳輸由攝象機獲得的RGB色度值，而是傳輸由式Y(jié)=0．3R+0．59G+0．1B確定的亮度信號Y及兩個不同定義的色差信號。公知的PAL制例如使用信號U、V，它們由RGB三重值通過以下線性轉(zhuǎn)換得到
在圖5中也表示出由三個量Y、U及V展開的坐標系。Y軸通過立方體的兩個角點(0；0；0)及(1；1；1)延伸。
當(dāng)一個被觀察點的彩色變化時，它總是導(dǎo)致分分量的U值及V值變化，但不必然導(dǎo)致該亮度值Y的變化。因為借助Y值不可能可靠地識別移動物，因此在圖象信息求值時可以不考慮它。這意味著，取代在RGB空間中比較兩個矢量A5，A6的方向，僅需在U，V平面中比較它們投影A5’，A6’的方向。由此使被計算單元7處理的數(shù)據(jù)量減少到2／3。
圖6表示根據(jù)該方法第二構(gòu)型的信號處理的流程圖。在步驟61中，接口3從攝象機1接收亮度值(R1，G1，B1)，及由此在步驟62中確定色差值U1、V1。為此接口3可包含一個傳統(tǒng)的PAL編碼電路，由它產(chǎn)生PAL圖象信號的所有三個分量Y、U、V。由于不要處理Y信號，故可采用簡化的電路，它僅需輸出兩個色差信號U及V。計算單元7接收由接口3輸出的數(shù)字化數(shù)值U1、V1，從存儲器5讀出在前一時刻對同一圖象點記錄的色差值U2、V2(步驟63)，并在其中存儲當(dāng)前的色差值U1、V1(步驟64)。在步驟65中，確定色差矢量(U1，V1)，(U2，V2)的長度L1、L2。如果這里個長度等于零，則[相應(yīng)矢量的端點到由另一矢量確定的直線的距離不大于ε]這兩個矢量的繼續(xù)處理將不再會導(dǎo)致檢測到移動物，由此該方法終止在步驟66上。如果這兩個矢量長于ε，則在步驟67中比較它們的長度。在步驟68或69中，這兩個矢量中較短者的端點到由較長者確定的、與此共線的直線的垂線長度D當(dāng)L1＞L2時將借助公式D=(U2V1-U1V2)／L1確定，此外將根據(jù)D=(U1V2-U2V1)／L2來確定。
如果在步驟70中確定出D大于極限值ε，則計算單元7判斷出存在移動物，并輸出一個與此相關(guān)的信號(步驟71)。由此該方法結(jié)束并可對另一圖象點重復(fù)該方法。
根據(jù)該方法的第一改進，可在步驟70及71之間的一個中間步驟上還檢驗是否L1及L2中至少一個大于一個最小值，如ε。如果是，則進行到步驟71；如果否，則判斷出這些矢量對可靠識別方向變化太短，并終止該處理。
另一方式是，可根據(jù)第二改進在步驟66中判斷是否L1及L2中至少一個大于ε。如果否，結(jié)束處理；如果是，則進行到步驟67，以此方式，對于太短的矢量首先根本不執(zhí)行處理步驟67至70。
本發(fā)明的方法可以具有許多改變。原則上，要測量的及在信號處理時要考慮的頻譜區(qū)域數(shù)目將不受限制。即使當(dāng)要測量多個或不同于上述列舉的頻譜區(qū)域R，G，B的情況下，總是可以，將得到的亮度值的坐標變換到一個坐標系中，該坐標系具有一個延伸在從亮度值展開的坐標系的第一象限中的軸(Y軸)，及通過忽略Y值使處理的數(shù)據(jù)量減小。當(dāng)要測量m＞3頻譜區(qū)域時，可以結(jié)合根據(jù)圖4及6的方法特征，例如這時從處理中剔除第一個飽和亮度值，及在接著具有減小維數(shù)n的矢量空間中用(n-1)×n矩陣進行線性變換，該矩陣每行的系數(shù)具有不同的符號，由此來達到減小待處理的數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1．檢測一個場景中移動物的方法，具有以下步驟a)通過至少在n個不同頻譜范圍中，在兩個不同時刻上測量一個點的亮度值(H1i，H2i)來確定這個點的色度值(H1，H2)，其中n是一個整數(shù)并至少為2，b)在n’維矢量空間中借助于被測量的亮度值(H1i，H2i)對這兩個色度值確定第一及第二矢量(h1，h2)，其中2≤n’≤n，c)確定第二矢量(h2)的端點到由第一矢量(h1)決定的直線的距離，d)當(dāng)該距離超過一個給定極限值(ε)時，判斷出存在一個移動物。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中n’=n。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中矢量的系數(shù)是測量的亮度值。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中n’=n-1。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中在步驟(b)中，通過使用一個變換矩陣對各個n亮度值的線性變換得到n’維矢量空間中的各矢量，該矩陣的每行中包括正及負的系數(shù)。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中該變換矩陣每行中的系數(shù)和為0。
7．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中這樣地選擇變換矩陣，即使得在該場景中占優(yōu)勢的色調(diào)的變換為0。
8．根據(jù)以上權(quán)利要求中一項的方法，其中n=3。
9．根據(jù)以上權(quán)利要求中一項的方法，其中測量的頻譜區(qū)域是指配置給一個彩色視頻信號的R，G及B分量的頻譜區(qū)域。
10．根據(jù)權(quán)利要求5，8及9中一項的方法，其中在步驟(b)中亮度值R，G及B被變換到U，V坐標系，I，Q坐標系，或DB，DR坐標系中。
11．根據(jù)以上權(quán)利要求中一項的方法，其中在步驟(b)中將兩個矢量(h1，h2)中較長者選擇為第一矢量。
12．根據(jù)以上權(quán)利要求中一項的方法，其中在步驟(a)中，在每個時刻記錄m個不同頻譜區(qū)域中的m個亮度值(m≥n)，當(dāng)其中一個亮度值超過飽和極限值時，將不采納相應(yīng)頻譜區(qū)域中的兩個亮度值，及對n個頻譜區(qū)域的在飽和極限值以下的亮度值執(zhí)行步驟(b)至(d)。
13．檢測一個場景中移動物的方法，其中在不同時刻用攝象機記錄兩個場景圖象，及對這些圖象的多個點執(zhí)行根據(jù)上述權(quán)利要求中一項的方法。
14．檢測一個場景中移動物的裝置，具有(a)一個攝象機(1)，它適用于通過至少在n個不同頻譜范圍中測量圖象點的亮度值來產(chǎn)生該場景的圖象，其中n是一個整數(shù)并至少為2，(b)一個存儲器(5)，(c)一個計算單元(7)，它能夠?qū)σ粋€圖象點的亮度值(H1i，R，G，B)配置一個矢量(H1；h1；(U1，V1))，它的分量借助測量的亮度值來確定，從存儲器中讀出在先對同一圖象點存儲的矢量(H2；h2；(U2，V2))，確定兩個矢量端點之間的距離，及當(dāng)該距離超過一個預(yù)定極限值(ε)時，判斷出存在一個移動物，(d)一個輸出裝置，當(dāng)計算單元(7)判斷出存在一個移動物時，產(chǎn)生出一個信號。
15．根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其中計算單元(7)能夠通過用一個(n-1)×n矩陣對接收的亮度值的線性變換來產(chǎn)生矢量，其中該矩陣的所有行既包括正的也包括負的系數(shù)。
16．根據(jù)權(quán)利要求12或13的裝置，其中n=3。
17．根據(jù)權(quán)利要求12至14中一項的裝置，其中攝象機產(chǎn)生在頻譜區(qū)域R，G及B中的圖象。
18．根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其中存儲器存儲一個圖象點的U、V值，I、Q值或DR、DB值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測一個場景中移動物的方法,具有以下步驟:a)通過至少在n個不同頻譜范圍中,在兩個不同時刻上測量一個點的亮度值(H
文檔編號G08B13/194GK1278939SQ98810920
公開日2001年1月3日 申請日期1998年9月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月6日
發(fā)明者U·貝斯, T·格伊特布呂克 申請人:葛伊特布呂克股份有限兩合公司