專利名稱：智能視頻圖像質量自動分析系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于視頻監控技術領域，涉及一種視頻監控設備的故障檢測方面，特別是一種智能視頻圖像質量自動分析系統及其分析方法。
背景技術：
視頻監控是安全防范系統的重要組成部分，以其直觀、準確、及時和信息內容豐富而廣泛應用于交通、民防、社區、商場等多種場合。視頻監控是一種防范能力較強的綜合系統。近年來，隨著計算機、網絡以及圖像處理、傳輸技術的飛速發展，視頻監控技術也有了長足的發展。現有技術中視頻監控設備由于大多安裝在外場，很容易受到環境因素(潮濕、灰塵等)以及其他人為惡意破壞等因素；另外還有其自身的設備老化問題；伴隨出現各種故障，如黑屏、藍屏、馬賽克、干擾條紋、擾動、雪花、焦距無法調整、移動無效等，另外視頻在傳輸和變換的過程當中，由于受到各種因素的干擾，可能出現畫面擾動、條紋等現象。然而，由于監控設備沒有自動檢測圖像質量的功能，很多監控設備出現問題后沒有人發現，仍然傳送著錯誤的畫面，這就給監控管理帶來了很多不便，監控人員無法及時的發現案情，阻止案件的發生，進而影響城市治安和社會的穩定。
發明內容本發明目的在于提供一種智能視頻圖像質量自動分析系統，解決了現有技術中視頻監控設備發生故障無法提示視頻監控使用者、以及攝像頭畫面質量無法監測等問題。為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是一種智能視頻圖像質量自動分析系統，包括控制裝置、視頻分析裝置和連接圖像采集裝置的視頻矩陣；其特征在于所述控制裝置與視頻分析裝置通訊，負責將視頻圖像分析的指令請求發送給視頻分析裝置，并接受視頻分析裝置分析的結果顯示給用戶；所述視頻分析裝置與視頻矩陣通訊，根據控制裝置的指令從視頻矩陣中獲取視頻圖像，對視頻圖像進行分析，得到視頻圖像的分析結果，將視頻圖像的分析結果傳輸給控制裝置。優選的，所述控制裝置與視頻分析裝置間設置交換機，所述交換機分別連接視頻分析裝置和連接圖像采集裝置的視頻矩陣，所述控制裝置通過交換機分別與視頻分析裝置、視頻矩陣通訊。優選的，所述視頻分析裝置內設置圖像導入模塊、圖像檢測模塊和輸出模塊；所述圖像導入模塊用于將視頻圖像導入視頻分析裝置內，并對視頻圖像進行預處理；所述圖像檢測模塊用于對視頻圖像的參數進行檢測，并匯總到輸出模塊中輸出；所述輸出模塊用于將視頻圖像的參數通過連接線傳輸給控制裝置。優選的，所述圖像檢測模塊包括單色屏檢測模塊、清晰度檢測模塊、馬賽克檢測模塊、云臺檢測模塊、攝像機參數檢測模塊。優選的，所述單色屏檢測模塊用于檢測視頻圖像中每個像素在RGB顏色模式中各分量的比重，判斷視頻圖像是否存在黑屏、藍屏、灰屏現象；所述清晰度檢測模塊用于對視頻圖像的邊緣特征進行檢測，判斷視頻圖像的清晰度；所述馬賽克檢測模塊用于檢測視頻圖像中的馬賽克現象；所述云臺檢測模塊用于檢測云臺轉動方向和轉動情況；所述攝像機參數檢測模塊根據視頻圖像的清晰度變化判斷攝像機焦距變化信息。 優選的，所述圖像導入模塊設置有視頻輸入接口，所述視頻輸入接口與視頻矩陣通過VGA線直接連接，接受6路模擬視頻輸入。優選的，所述控制裝置、交換機、視頻分析裝置和視頻矩陣構成視頻監控局域網， 所述視頻分析裝置和視頻矩陣間通過交換機進行網絡通訊。優選的，所述控制裝置通過數字輸入輸出接口與視頻矩陣數字輸入輸出接口連接，所述視頻矩陣的視頻信號通過連接線連入視頻分析裝置的視頻信號輸入接口，所述視頻分析裝置的控制信號發送端口與控制裝置的RS232接口連接。優選的，所述視頻分析裝置的控制信號發送端口通過網絡交換機與控制裝置的 RS232接口連接；所述控制裝置的指令由數字輸入輸出接口輸出后通過網絡交換機與視頻矩陣數字輸入輸出接口連接。本發明的視頻矩陣可以為現有產品，通過將視頻圖像從任意一個輸入通道切換到任意一個輸出通道顯示。可以有一個MXN矩陣，可以同時支持M路圖像輸入和N路圖像輸
出ο本發明技術方案智能視頻圖像質量自動分析系統中視頻分析裝置可以實現對視頻圖像質量進行自動檢測與分析，特別涉及對視頻圖像黑屏、藍屏、灰屏、清晰度、馬賽克、 云臺上下轉動、云臺左右轉動、攝像機焦距八項質量指標進行自動分析檢測。本發明可以通過視頻圖像質量自動分析系統檢測并反饋結果，通過使用計算機視覺分析技術和圖像識別技術，極大地提高了設備維護效率，由以前無目的、無針對性的巡檢到設備故障自動檢測、自動報警，提高了外場監控設備的巡檢效率，提升了視頻監控系統智能化水平。本發明彌補了視頻圖像自身無法自動檢測出錯誤畫面并報警的缺陷，從而提供一種自動分析圖像質量的視頻分析儀，能夠根據要求定時定期的對監控視頻圖像進行檢測， 自動分析形成結果，并形成判定結果報表，及時反饋給維保人員，從而提高外場攝像機的巡檢效率，提升視頻監控系統智能化水平。本發明視頻圖像質量自動分析系統的控制裝置為一臺嵌入視頻圖像質量自動分析程序的工控機，其中檢測程序可對輸入的視頻圖像自動進行“黑屏、藍屏、灰屏、清晰度、 馬賽克、云臺上下轉動、云臺左右轉動、攝像機焦距”等八項質量指標的檢測。視頻圖像各個質量指標的自動分析程序算法描述如下(1)分析視頻圖像中每個像素在RGB顏色模式中各分量的比重，判斷是否存在黑屏、藍屏、灰屏三種現象；(2)圖像清晰度越高，其圖像紋理越清晰，邊緣特征越明顯，反之亦然；基于這一理論，本系統提出基于邊緣特征的視頻圖像清晰度檢測算法，實現對圖像清晰度的檢測和分析；(3)在視頻圖像中，馬賽克表現為一系列形狀一致、顏色分布均勻的矩形塊；根據馬賽克自身的特點，本系統提出基于區域增長的視頻圖像馬賽克檢測算法；[0024](4)云臺在每個方向轉動一定角度后，視頻圖像背景必然會發生變化；本系統提出基于背景分離的幀間差分比較算法檢測云臺在上下左右四個方向上是否正常轉動；(5)攝像機焦距在收縮的過程當中，得到的視頻圖像清晰度是按照一定規律來變化的，本系統提出基于清晰度變化的算法來檢測攝像機焦距是否能正常放大或者縮小。檢測指標既有單幀指標，又有連續多幀指標，判定依據充分，合理。相對于現有技術中的方案，本發明的優點是本發明技術方案中系統可快速測試視頻傳輸信道，測試結果可直接以圖形或數據形式顯示在控制裝置的計算機屏幕上，也可打印出相應的圖形或數據。本發明系統測量精度高，重復性、一致性好，系統性價比高。可靠性好。指標算法科學先進，判定精確率達到 90%以上。本發明視頻分析裝置通過標準串口與視頻矩陣連接使用，控制裝置的工作界面友好。視頻分析裝置結構簡單、實現方便可靠，能對視頻圖像進行自動分析檢測，并及時反饋信息，從而對監控設備實現有效合理的監管，提高提高了外場監控設備的巡檢效率，，且不影響原有視頻矩陣鍵盤的正常工作。本發明系統通用性強，能使用于不同品牌、不同規格的視頻監控系統。
以下結合附圖及實施例對本發明作進一步描述
圖1為本發明實施例視頻圖像質量自動分析系統的系統架構圖；圖2為本發明實施例視頻圖像質量自動分析系統的另一系統架構圖；圖3為本發明實施例視頻圖像質量自動分析系統的視頻矩陣、控制裝置、視頻分析裝置接口連接圖；圖4為本發明實施例視頻圖像質量自動分析黑屏的方法流程圖；圖5為本發明實施例視頻圖像質量自動分析灰屏的方法流程圖；圖6為本發明實施例視頻圖像質量自動分析藍屏的方法流程圖；圖7為本發明實施例視頻圖像質量自動分析清晰度的方法流程圖；圖8為本發明實施例視頻圖像質量自動分析馬賽克的方法流程圖；圖9為本發明實施例視頻圖像質量自動分析云臺轉動情況的方法流程圖；圖10為本發明實施例視頻圖像質量自動分析攝像機焦距調節情況的方法流程圖。
具體實施方式
以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用于說明本發明而不限于限制本發明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據具體廠家的條件做進一步調整，未注明的實施條件通常為常規實驗中的條件。實施例如圖1和圖2所示，該智能視頻圖像質量自動分析系統，包括控制裝置、視頻分析裝置和連接圖像采集裝置的視頻矩陣；所述控制裝置與視頻分析裝置通訊，負責將視頻圖像分析的指令請求發送給視頻分析裝置，并接受視頻分析裝置分析的結果顯示給用戶；所述視頻分析裝置與視頻矩陣通訊，根據控制裝置的指令從視頻矩陣中獲取視頻圖像，對視頻圖像進行分析，得到視頻圖像的分析結果，將視頻圖像的分析結果傳輸給控制裝置。如圖2所示，所述控制裝置與視頻分析裝置間可以設置交換機，所述交換機分別連接視頻分析裝置和連接圖像采集裝置的視頻矩陣，所述控制裝置通過交換機分別與視頻分析裝置、視頻矩陣通訊。視頻分析裝置內設置圖像導入模塊、圖像檢測模塊和輸出模塊；所述圖像導入模塊用于將視頻圖像導入視頻分析裝置內，并對視頻圖像進行預處理；所述圖像檢測模塊用于對視頻圖像的參數進行檢測，并匯總到輸出模塊中輸出；所述輸出模塊用于將視頻圖像的參數通過連接線傳輸給控制裝置。所述圖像檢測模塊包括單色屏檢測模塊、清晰度檢測模塊、馬賽克檢測模塊、云臺檢測模塊、攝像機參數檢測模塊。所述單色屏檢測模塊用于檢測視頻圖像中每個像素在RGB顏色模式中各分量的比重，判斷視頻圖像是否存在黑屏、藍屏、灰屏現象；所述清晰度檢測模塊用于對視頻圖像的邊緣特征進行檢測，判斷視頻圖像的清晰度；所述馬賽克檢測模塊用于檢測視頻圖像中的馬賽克現象；所述云臺檢測模塊用于檢測云臺轉動方向和轉動情況；所述攝像機參數檢測模塊根據視頻圖像的清晰度變化判斷攝像機焦距變化信息。圖像導入模塊設置有視頻輸入接口，所述視頻輸入接口與視頻矩陣通過VGA線直接連接，接受6路模擬視頻輸入。所述控制裝置、交換機、視頻分析裝置和視頻矩陣構成視頻監控局域網，所述視頻分析裝置和視頻矩陣間通過交換機進行網絡通訊。在實際應用時，所述控制裝置通過數字輸入輸出接口與視頻矩陣數字輸入輸出接口連接，所述視頻矩陣的視頻信號通過連接線連入視頻分析裝置的視頻信號輸入接口，所述視頻分析裝置的控制信號發送端口與控制裝置的RS232接口連接。當然，在局域網環境中，所述視頻分析裝置的控制信號發送端口通過網絡交換機與控制裝置的RS232接口連接；所述控制裝置的指令由數字輸入輸出接口輸出后通過網絡交換機與視頻矩陣數字輸入輸出接口連接。本發明視頻分析裝置為一臺嵌入視頻圖像質量自動分析程序的工控機，其中檢測程序可對輸入的視頻圖像自動進行“黑屏、藍屏、灰屏、清晰度、馬賽克、云臺上下轉動、云臺左右轉動、攝像機焦距”等八項質量指標的檢測。視頻圖像各個質量指標的自動分析程序算法描述如下(1)分析視頻圖像中每個像素在RGB顏色模式中各分量的比重，判斷是否存在黑屏、藍屏、灰屏三種現象。具體的說，如圖4所示，當視頻分析裝置獲取到視頻圖像后，循環計算視頻圖像的像素點的像素值，判斷R/G/B三個分量像素值是否都小于黑色有效閾值。即當第一個像素點的像素值，然后判斷第一個像素點的像素值的R/G/B三個分量像素值是否都小于黑色有效閾值，條件成立時，有效像素點數量增加，繼續遍歷下一像素點。當有效像素點數量超過閾值時，表示有效像素點數量的像素值符合黑屏條件，可以判斷視頻圖像為黑屏；否則遍歷完成時有效像素點數量低于閾值時為非黑屏。與此同理，如圖5所示，當視頻分析裝置獲取到視頻圖像后，循環計算視頻圖像的像素點的像素值，判斷R/G/B三個分量像素值是否相同來判斷是否灰屏。如圖6所示，當視頻分析裝置獲取到視頻圖像后，循環計算視頻圖像的像素點的像素值，判斷R/G/B三個分量像素值是否同時滿足R < 10，G < 10，B > 200這三個條件判斷是否藍屏。(2)圖像清晰度越高，其圖像紋理越清晰，邊緣特征越明顯，反之亦然；基于這一理論，本系統提出基于邊緣特征的視頻圖像清晰度檢測算法，實現對圖像清晰度的檢測和分析。如圖7所示，當視頻分析裝置獲取到視頻圖像后，通過carmy算法對視頻圖像進行邊緣化處理，通過計算邊緣化處理后的圖像的像素點數量，通過判斷邊緣化處理后的圖像的像素點數量是否大于閾值來判斷視頻圖像的清晰度情況。(3)在視頻圖像中，馬賽克表現為一系列形狀一致、顏色分布均勻的矩形塊；根據馬賽克自身的特點，本系統提出基于區域增長的視頻圖像馬賽克檢測算法。如圖8所示，當視頻分析裝置獲取到視頻圖像后，確定有效馬賽克的最小邊長，根據有效馬賽克的最小邊長確定擴張基準點，由擴張基準點形成需要進行馬賽克判斷的矩形，通過判斷進行馬賽克判斷的矩形是否為有效馬賽克來確定有效馬賽克的數量，當有效馬賽克的數量小于10時，表明視頻圖像中含有少量馬賽克；當有效馬賽克的數量大于10小于30時，表明視頻圖像中含有馬賽克；當有效馬賽克的數量大于30時，表明視頻圖像中含有大量馬賽克。(4)云臺在每個方向轉動一定角度后，視頻圖像背景必然會發生變化；本系統提出基于背景分離的幀間差分比較算法檢測云臺在上下左右四個方向上是否正常轉動。如圖9所示，當視頻分析裝置獲取到視頻圖像后，通過連續多幀視頻圖像得到當前視頻圖像的背景；然后將云臺下上左右方向轉動一定角度繼續計算連續多幀視頻圖像的背景，然后對云臺轉動前的視頻圖像背景和云臺轉動后的視頻圖像背景進行差分計算，判斷云臺轉動前的視頻圖像背景和云臺轉動后的視頻圖像背景是否相同。當相同時，表明云臺轉動不正常。(5)攝像機焦距在收縮的過程當中，得到的視頻圖像清晰度是按照一定規律來變化的，本系統提出基于清晰度變化的算法來檢測攝像機焦距是否能正常放大或者縮小。如圖10所示，當視頻分析裝置獲取到視頻圖像后，通過連續多幀視頻圖像得到當前視頻圖像的背景；然后將調節攝像機焦距遠近繼續計算連續多幀視頻圖像的背景，然后對調節前后的視頻圖像背景進行差分計算，判斷調節前后的視頻圖像背景是否相同。當相同時，表明攝像機焦距遠近伸縮不正常。本實施例的視頻圖像質量自動分析系統可以為數字信號系統和模擬信號系統進行分析。如附圖3所示，視頻分析裝置提供兩個公共接口。一個接口為視頻輸入接口，可以同時采集6路模擬視頻，在實際檢測中，可以用5路做檢測，1路做實時圖像，用來從視頻矩陣(模擬信號系統)或者動態解碼器(數字信號系統)獲取要分析的視頻；另一個接口一方面接收前端系統發來的視頻分析信號，另一方面把視頻圖像質量檢測分析結果發送給前端設備，以便顯示分析。工作時，視頻分析裝置根據接收到的分析任務，獲取待分析的視頻數據，通過內置的視頻圖像質量自動分析程序檢測八個質量指標，分析結果可通過公共接口反饋回前端，以便顯示分析。視頻分析裝置可單獨安裝，使用時只要符合視頻分析儀的公共接口參數即可。視頻分析裝置可按照到數字信號和模擬信號系統中。上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人是能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求1.一種智能視頻圖像質量自動分析系統，包括控制裝置、視頻分析裝置和連接圖像采集裝置的視頻矩陣；其特征在于所述控制裝置與視頻分析裝置通訊，負責將視頻圖像分析的指令請求發送給視頻分析裝置，并接受視頻分析裝置分析的結果顯示給用戶；所述視頻分析裝置與視頻矩陣通訊，根據控制裝置的指令從視頻矩陣中獲取視頻圖像，對視頻圖像進行分析，得到視頻圖像的分析結果，將視頻圖像的分析結果傳輸給控制裝置。
2.根據權利要求1所述的智能視頻圖像質量自動分析系統，其特征在于所述控制裝置與視頻分析裝置間設置交換機，所述交換機分別連接視頻分析裝置和連接圖像采集裝置的視頻矩陣，所述控制裝置通過交換機分別與視頻分析裝置、視頻矩陣通訊。
3.根據權利要求2所述的智能視頻圖像質量自動分析系統，其特征在于所述視頻分析裝置內設置圖像導入模塊、圖像檢測模塊和輸出模塊；所述圖像導入模塊用于將視頻圖像導入視頻分析裝置內，并對視頻圖像進行預處理；所述圖像檢測模塊用于對視頻圖像的參數進行檢測，并匯總到輸出模塊中輸出；所述輸出模塊用于將視頻圖像的參數通過連接線傳輸給控制裝置。
4.根據權利要求3所述的智能視頻圖像質量自動分析系統，其特征在于所述圖像檢測模塊包括單色屏檢測模塊、清晰度檢測模塊、馬賽克檢測模塊、云臺檢測模塊、攝像機參數檢測模塊。
5.根據權利要求3所述的智能視頻圖像質量自動分析系統，其特征在于所述圖像導入模塊設置有視頻輸入接口，所述視頻輸入接口與視頻矩陣通過VGA線直接連接，接受6路模擬視頻輸入。
6.根據權利要求3所述的智能視頻圖像質量自動分析系統，其特征在于所述控制裝置、交換機、視頻分析裝置和視頻矩陣構成視頻監控局域網，所述視頻分析裝置和視頻矩陣間通過交換機進行網絡通訊。
專利摘要本實用新型公開了一種智能視頻圖像質量自動分析系統，包括控制裝置、視頻分析裝置和連接圖像采集裝置的視頻矩陣；其特征在于所述控制裝置與視頻分析裝置通訊，負責將視頻圖像分析的指令請求發送給視頻分析裝置，并接受視頻分析裝置分析的結果顯示給用戶；所述視頻分析裝置與視頻矩陣通訊，根據控制裝置的指令從視頻矩陣中獲取視頻圖像，對視頻圖像進行分析，得到視頻圖像的分析結果，將視頻圖像的分析結果傳輸給控制裝置。該系統測量精度高，重復性、一致性好，系統性價比高、可靠性好。指標算法科學先進，判定精確率達到90%以上。
文檔編號H04N17/00GK202004914SQ20112011986
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月21日 優先權日2011年4月21日
發明者寧方美, 宣仲良, 湯曉華, 費志浩, 黃微 申請人:江蘇東怡軟件技術有限公司