如何提高視頻監(jiān)視系統(tǒng)的有效性是系統(tǒng)設(shè)計師的設(shè)計考慮因素。本文作者在分析了實際的視頻應(yīng)用中存在的對改變疏忽以及視覺靈敏度問題之后，提出了利用實時變化檢測器來提高響應(yīng)水平的實現(xiàn)方法和概念，并給出了實時變化檢測器電路實現(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，一直存在著兩個方面的問題。個問題是疏忽或者對改變的視而不見，這樣一來，觀察者在看電視時就不能可靠地發(fā)現(xiàn)安全威脅，因而在已經(jīng)發(fā)生了情況的時候得到?jīng)]有發(fā)生任何事情的錯誤結(jié)論。Harvard試驗表明，在看電視時，50%的人會專注于兩個籃球隊之間球的轉(zhuǎn)移，而不會注意到大猩猩(球隊的吉祥物)走到視野區(qū)域并從視野區(qū)中走出的情況。相似地，在一個軍事研究中，試驗表明在12分鐘連續(xù)觀察2個或更多的順序排放的監(jiān)視器后，觀察者將錯過對45%的場景的觀察，在大約22分鐘后，會錯過95%的場景。

圖1：人眼觀察事物時的典型路線。

　　第二個問題是視覺的靈敏度。圖1顯示了一個典型的人眼觀察事物時的路線。圖中用圓圈來顯示定影，用紅色的虛線來表示觀察的動作。觀察次數(shù)和定影(fixation)的數(shù)量，以及因此的發(fā)現(xiàn)時間是容易混淆的對象(產(chǎn)生興趣的“定影”的可能的點)個數(shù)的函數(shù)。當(dāng)眼睛鎖定在一個對象上時，整個圖像在外圍的視覺大大地弱化。研究顯示，發(fā)現(xiàn)圖片上某個對象的概率是視覺分辨率的直接函數(shù)。因此，當(dāng)操作者在研究一個點的時候，例如照片中的一個攀登者，他不大可能會發(fā)現(xiàn)到進入到圖像中的其他事物。

　　利用實時變化檢測器提高響應(yīng)水平

　　當(dāng)要求觀察者觀看2個或以上的監(jiān)視器以發(fā)現(xiàn)安全威脅的時候，周圍視覺弱化的問題更加嚴(yán)重。無論對觀察者怎么進行培訓(xùn)或者他多么地專著，都不可能在同一時間內(nèi)完全專注到超過一個細節(jié)上，即使能那樣，也一次只能維持幾分鐘時間。視頻監(jiān)視系統(tǒng)效用的真正衡量標(biāo)準(zhǔn)是對安全危害的響應(yīng)水平，如果能提升這種響應(yīng)，那么這個系統(tǒng)的價值就得到了大大的提高。這意味著需要一種簡單、實時的智能電視和系統(tǒng)來向觀察者告警，并確定查詢點以使發(fā)現(xiàn)時間短。實時變化檢測器(RTCD)(正在申請專利)提供了這樣的增強功能，RTCD帶來的少量成本將成倍地提升性能。

圖2：形成差分圖像。

　　RTCD概念很簡單，它利用了一種功能強大的計算機。人腦處理來自眼睛的圖像，人腦是迄今為止強大的“計算機”，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，人腦會進入到一種無聊狀態(tài)。RTCD通過視覺確定發(fā)生了某種改變，喚醒觀察者進入無聊狀態(tài)的大腦，然后利用觀察者的計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)獲取實時圖像，并同時形成變化的圖像-一個不同的圖像。然后通過增加色彩或勾勒其輪廓來凸現(xiàn)這個不同的圖像。還加入一種“老鼠腳印”(mouse trail)，這個不同的圖像然后與原來的實時視頻圖像相結(jié)合，以作對比(圖2)。圖3描述了這個過程的一個簡化原理圖，藍色部分描述的是傳統(tǒng)的攝像機，紅色部分是額外的電路。

圖3：幀存儲和差分電路

　　通過分離實時的視頻可以得到不同的圖像，信號發(fā)送到顯示器，并同時發(fā)送到一個差分電路和一個幀存儲電路。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幀對比就能獲得的性能。在其他的情況下，與前面的多個幀進行比較將能提高性能)。因為目標(biāo)曾經(jīng)所在的陰圖與目標(biāo)在新位置的陽圖(positive image)都提供了，需要對不同圖像進行清理。增強電路不僅去掉陰圖(negative image)，還能提供邊沿檢測和“老鼠”腳印。

　　RTCD和DSP設(shè)計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。

　　實時變化檢測器電路

　　圖4中顯示了實時變化監(jiān)測器(RTCD)的配置，這個配置可以使用任何標(biāo)準(zhǔn)CCTV攝像機的數(shù)字視頻輸出。數(shù)字信號處理器可以集成到CCTV電路中，也可以作為獨立的電路板構(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，圖5顯示了原始的(標(biāo)準(zhǔn))視頻圖像被發(fā)送到混合器(幀存儲電路和差分電路)。幀存儲電路存儲整個幀，存儲k個幀，k的大小根據(jù)幀速率和應(yīng)用的不同而不同。對于一個每秒7幀的攝像機來說，K的典型值為2(幀)，每秒為30幀的攝像機k值為6(幀)。通過選擇k值，使用k幀可以對運動目標(biāo)產(chǎn)生一個老鼠腳印的效果。數(shù)字視頻輸出還被饋送到差分電路進行比較。在這里，如圖2所示，將形成場景中變化的不同景象。可以注意到，有一個白色的陰圖，其目標(biāo)在前一幀圖像中，黑色的陽圖的目標(biāo)是在一幀中。這時，需要執(zhí)行幾個功能。簡單的就是對其中一個圖像進行剪輯。通常，人們會剪輯目標(biāo)所在的前一幀圖像。這里的例子是，將前一幀的目標(biāo)所在的圖像進行反轉(zhuǎn)將很有利，這樣黑色的圖像將變成白色，達到強調(diào)的效果。在某些情況下，實現(xiàn)信號增強會帶來更多好處，簡單的增強就是將信號通過一個數(shù)字濾波器，這樣當(dāng)一個不同的圖像與實時視頻結(jié)合的時候，就產(chǎn)生一個運動中的目標(biāo)輪廓。

　　差分電路

　　來自CCTV的數(shù)字信號被傳遞到幀存儲電路和差分電路，這由一串緩沖器組成，如圖5所示。每個緩沖器按一個幀的時長來對信號進行延時。每個緩沖器的輸出被發(fā)送到下一個緩沖器，發(fā)送到一個反相器。第k個緩沖器對信號的延時為k個幀。反相器的輸出與上一個視頻幀(實時視頻)在求和電路中進行求和[注意，在實時視頻路徑上有一個緩沖器用于調(diào)節(jié)反相器的延時]。這產(chǎn)生一個k差分圖像。

　　1-k求和電路(差異圖像)的輸出輸入到信號限幅電路中，以去掉其中一個不同的圖像(通常的目標(biāo)是前一幀圖像)，然后所有的k個被限幅的不同電路信號進行求和，來得到一個合成的差異圖像。圖像可以進行很多轉(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象的輪廓。不同的圖像可能被放大來使信號飽和(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。

　　增強的差分信號然后與原始的視頻信號混合來形成合成圖像，如圖3所示。通過一種色彩加強輪廓，顯示對象位置變化。增加了前面第二個、第三個幀的側(cè)面輪廓，以提供對對象的跟蹤。