近年來(lái)，鐵路行業(yè)的安全監(jiān)控一直是鐵道部和國(guó)家關(guān)注的重點(diǎn)項(xiàng)目，隨著火車的不斷提速，安全問(wèn)題不容忽視，如何保證行車安全和行人安全直接關(guān)系到整個(gè)鐵路行業(yè)的發(fā)展。視頻監(jiān)控是直觀方便、內(nèi)容詳實(shí)的信息記錄方式，并可以為監(jiān)控操作人員提供實(shí)時(shí)監(jiān)控手段。現(xiàn)在視頻監(jiān)控已經(jīng)成為公共安全、企業(yè)安全、國(guó)土安全，甚至包括社區(qū)、家庭安全等領(lǐng)域的必要手段。 

　　圖像處理（image processing），用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分析，以達(dá)到所需結(jié)果的技術(shù)。又稱影像處理。數(shù)字圖像是指用數(shù)字攝像機(jī)、掃描儀等設(shè)備經(jīng)過(guò)采樣和數(shù)字化得到的一個(gè)大的二維數(shù)組，該數(shù)組的元素稱為像素，其值為一整數(shù)，稱為灰度值。圖像處理技術(shù)的主要內(nèi)容包括圖像壓縮，增強(qiáng)和復(fù)原，匹配、描述和識(shí)別3個(gè)部分。常見的處理有圖像數(shù)字化、圖像編碼、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割和圖像分析等。圖像處理一般指數(shù)字圖像處理。雖然某些處理也可以用光學(xué)方法或模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)，但它們遠(yuǎn)不及數(shù)字圖像處理那樣靈活和方便，因而數(shù)字圖像處理成為圖像處理的主要方面。

　　1視頻監(jiān)控系統(tǒng)中背景的提取

　　背景圖像是指視場(chǎng)中沒有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的圖像，即使視場(chǎng)內(nèi)有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，背景算法也通過(guò)技術(shù)處理除去目標(biāo)而獲得沒有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的背景圖像。目前常規(guī)的背景提取的方法有統(tǒng)計(jì)直方圖法、統(tǒng)計(jì)中值法、多幀圖像平均法和連續(xù)幀差法等。

　　以上四種方法分別有各自的缺點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)直方圖法存在的問(wèn)題是隨著統(tǒng)計(jì)幀數(shù)的增加，得到的背景圖像效果并不明顯；統(tǒng)計(jì)中值法存在的問(wèn)題與統(tǒng)計(jì)直方圖法也相差無(wú)幾，占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存較大，處理較慢；多幀圖像平均法得到背景圖像受目標(biāo)運(yùn)動(dòng)量的影響比較大，隨著平均幀數(shù)的增加，噪聲消除才會(huì)有所改善；連續(xù)幀差法靜止的背景圖像不能直接獲得，其關(guān)鍵是如何在有目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的情況下獲得良好的背景圖像，由于該算法并沒有對(duì)幀差分本身進(jìn)一步處理，存在的問(wèn)題是易把紋理相似的前景交疊區(qū)域誤認(rèn)為背景。

　　首先從視頻序列中隨便提取三幀，如圖1(a)～圖1(c)所示。然后對(duì)提取出來(lái)的三幀圖像分別轉(zhuǎn)換為灰度圖并求出它們的灰度平均圖像，以灰度平均圖像作為連續(xù)幀差法的幀圖像(即原始圖像)。通過(guò)原始圖像和提取的三幀圖像來(lái)做連續(xù)幀差法，得到的背景圖像經(jīng)過(guò)灰度圖如圖1(d)所示。

　　2視場(chǎng)中危險(xiǎn)區(qū)域的劃定

　　從已經(jīng)得到的背景圖像灰度圖開始，進(jìn)行一系列的圖像處理，將會(huì)得到一幅標(biāo)定了危險(xiǎn)區(qū)域的二值圖像。首先對(duì)背景灰度圖進(jìn)行均勻化處理，依次是圖像增強(qiáng)、圖像二值化、區(qū)域標(biāo)記、除去圖像毛糙和圖像膨脹。

　　圖像二值化后的結(jié)果如圖2(a)所示，得到的終結(jié)果如圖2(b)所示。從兩幅圖像的對(duì)比可以看出，圖像經(jīng)過(guò)一系列處理后，基本標(biāo)定了危險(xiǎn)區(qū)域。對(duì)于得到的圖2(b)，圖中白色的區(qū)域?yàn)殍F道雙軌內(nèi)部即設(shè)定的危險(xiǎn)區(qū)域。應(yīng)用此種方法得到的結(jié)果圖像在光照條件充足情況下能夠得到更好的效果，不適用于光照條件不足和夜間的危險(xiǎn)區(qū)域標(biāo)定。

　　3  危險(xiǎn)情況存在時(shí)圖像的自動(dòng)保存

　　由于視頻拍攝的位置是平行于地面，所以拍攝到的視場(chǎng)很寬廣。為了達(dá)到較好的監(jiān)控效果，只考慮沿線的某一塊區(qū)域，本文選定的監(jiān)測(cè)區(qū)域是：行的位置從346～386的像素點(diǎn)，列的位置從341～370的像素點(diǎn)。待監(jiān)測(cè)的視頻是25幀／s，每秒鐘從視頻中抽取一幀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)于每一幀待監(jiān)測(cè)的圖像首先要進(jìn)行圖像的預(yù)處理，處理步驟包括有轉(zhuǎn)換為灰度圖、二值化、圖像膨脹等。把預(yù)處理后的圖像和圖2(b)做相與運(yùn)算，然后對(duì)得到的結(jié)果圖像在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行像素統(tǒng)計(jì)。

　　首先設(shè)定一個(gè)計(jì)數(shù)器counter，并令其初始值為0。在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行二值判斷，如果像素點(diǎn)的值為0(即黑色點(diǎn))，那么計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，待監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的每個(gè)點(diǎn)判斷完畢后，再對(duì)counter的值進(jìn)行判斷。如果counter的值大于200(說(shuō)明監(jiān)測(cè)區(qū)域有很大的干擾，即有人進(jìn)入)，則自動(dòng)對(duì)當(dāng)前待監(jiān)測(cè)的幀以灰度圖的形式保存起來(lái)，如果 counter的值小于等于200，那么本幀監(jiān)測(cè)結(jié)束，不保存圖像，轉(zhuǎn)而監(jiān)測(cè)下一幀。

　　對(duì)每一幀都做上述處理，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存一些危險(xiǎn)情況存在時(shí)的圖像(灰度圖形式)。圖像自動(dòng)保存方法流程圖如圖3所示。

 　　從監(jiān)控結(jié)果來(lái)看，得到的是一幅幅危險(xiǎn)情況存在時(shí)的圖像，圖像自動(dòng)保存的部分結(jié)果如圖4所示。這些圖像是從10 min的視頻數(shù)據(jù)中自動(dòng)抽取出來(lái)的，從這些圖像中可以分析整個(gè)設(shè)計(jì)的識(shí)別率，識(shí)別率的高低影響著算法設(shè)計(jì)和程序編寫的好壞。

　　通過(guò)鐵軌的人總數(shù)為114人左右，計(jì)算機(jī)成功識(shí)別出的越軌行為有99人、計(jì)算機(jī)沒有識(shí)別出的越軌行為有15人，本身無(wú)越軌行為但被計(jì)算機(jī)識(shí)別出的有9人。監(jiān)控結(jié)果的成功率=(99÷114)×100％=86.8％；監(jiān)控結(jié)果的漏報(bào)率=(15÷114)×100％=13.2％；監(jiān)控結(jié)果的誤報(bào)率= (9÷114)×100％=7.9％。

　　4  一種目標(biāo)識(shí)別算法

　　鐵路上運(yùn)動(dòng)目標(biāo)主要分為：行人、車輛、小動(dòng)物和其他。

　　在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別前先要對(duì)危險(xiǎn)情況存在時(shí)灰度圖圖像自動(dòng)保存的結(jié)果進(jìn)行必要的圖像處理，目的是為后續(xù)的目標(biāo)識(shí)別奠定基礎(chǔ)，使經(jīng)過(guò)處理后的圖像更加方便地應(yīng)用于目標(biāo)識(shí)別。在這里圖像預(yù)處理主要包括增強(qiáng)圖像對(duì)比度、中值濾波和平滑處理等。目標(biāo)識(shí)別算法的流程圖如圖5所示。

　　根據(jù)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的分類可知，車輛的周長(zhǎng)是長(zhǎng)的，所以首先直接判斷圖像中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的周長(zhǎng)。余下的目標(biāo)中，行人比小動(dòng)物的縱橫軸比值大，設(shè)定縱橫軸比閾值，據(jù)此可以判斷出目標(biāo)屬于行人。將設(shè)定一個(gè)面積閾值，面積大于此閾值則可判斷目標(biāo)屬于小動(dòng)物，否則目標(biāo)屬于其他一些環(huán)境的干擾。

　　5  結(jié)  語(yǔ)

　　本文首先對(duì)拍攝到的視頻進(jìn)行背景提取，根據(jù)提取到的背景經(jīng)過(guò)一系列的圖像處理終對(duì)視場(chǎng)中危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行劃定；然后系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)視頻數(shù)據(jù)；根據(jù)鐵路沿線上可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，提出了一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別算法。從監(jiān)控結(jié)果可以看出，整個(gè)算法設(shè)計(jì)具有一定的可行性，有一定的參考價(jià)值。