视频监控系统开发平台的研制 第9页
第4章基于平台实现的视频监控系统
从理论探索发展到了实际应用阶段。综合国内外的研究，早期的溺水报警设备主
要有两种：
(1)利用声纳等监测实现的报警设备
主要是在泳池底部安装一套声纳发射和接收装置，利用探测器去确定可能障碍
物的存在，进而利用一定标准去判定游泳者是否溺水。但这种装置对人体的判断
基本依赖于其体内的空气，因而对于肺部充满水的溺水者不能予以正确处理。而
且声纳信号包含回声，泳池墙壁等使得噪声信号非常难以消除，进而无法得到监
测溺水者身体动作所必需的信号。所以这样一套装置很难满足需要，对于应用无
线电进行检测也有类似的水中多重反射问题。此外，当泳池中人数过于众多时，
很难实施个人分别监测。
(2)携带在游泳者身上的监测设备
游泳者在游泳时在身上携带类似手表等监测装置，当游泳者在某一特定深度
超过一定时间，该装置就会发出警告。这种设备一般比较昂贵，也会给游泳者带
来诸多不便。
随着计算机技术和图像处理技术的发展，基于视频的溺水监控报警系统也随
之问世。一般来说，视频溺水监控报警系统有的把摄像机安装在泳池水面以下，
即四周池壁上或者池底。这样的安装通常依靠游泳者在水下不动的时间来判断是
否存在溺水危险，进而给予报警，这样的报警虽然误报率低，但一般是在有溺水
事故后才报警，这就延误了一定的施救时间。另外，在泳池人数过多的情况下，
存在人员相互遮挡问题，其可靠性也有待改进。还有的视频溺水监控报警系统是
把摄像机置于泳池上方，对游泳者的动作行为特征进行分析处理，判断是否存在
潜在溺水的可能，达到早期预警的目的。这种配置由于镜头距离游泳者有一定距
离，监测范围大，可以较好的避免游泳者相互遮挡问题。但对于在水下发生的危
险，由于光线或水质的原因可能监测起来有一定困难。目前国际上流行的视频溺
水监控报警系统是在水上及池内安装数个摄像机，来获得较好的监测报警目的。
例如，法国的制造商‘‘视觉lQ”公司用了6年的时间开发出了一套名为“海神”
的视频监控溺水报警系统，该系统安装有lO个水上摄像机和8个水下摄像机。2005
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年9月， “海神”报警系统在英国一家游泳馆成功捕捉到了一名意外溺水沉到水
底的儿童，并报警给救生员。目前，世界各地已经有120个游泳馆安装了该系统。
4．1．2游泳池溺水监控系统的构架设计
视频监控包括运动目标的检测、跟踪、目标分类和行为理解等方面，涉及到
计算机视觉、模式识别和人工智能领域的许多核心课题，是一个具有挑战性的困
难问题。Wren等的Pfinder是一个利用颜色和形状特征对大视角范围内的人进行跟
踪的实时系统【151。Olson等介绍了一种更通用的运动物体检测和事件识别系统【16】。
它通过检测帧间图像变化来发现运动物体，在跟踪上使用了一阶预测和最近邻匹
配技术。Hal’itaoglu等的’W4是一个可以在室外对人进行实时检测和跟踪的视频监视
系统【l”。它将外形分析与跟踪技术相结合来跟踪人体各个部分的位置并为人的外
形建立模型。Collins等介绍了由CMU和Samoff公司合作研究的一种视频监视系统
【l引。它使用多个相互协作的摄像机在复杂环境里对人和车进行连续的跟踪，并对
目标类别和行为进行分析。目前针对游泳池这一特殊环境的视频监控的研究相对
较少，但我们可以参考以上这些系统的结构和技术。
对于视频监控报警系统，一般都有两个主要功能，一是对现场画面的实时监
控；再就是对事故的自动监测及报警。总体来说，本文介绍的游泳池溺水监控系
统由两大部分组成，即计算机视觉单元和推断论述部分。计算机视觉单元由多组
安装于泳池水下的摄像机构成，实现对目标的检测、分割、跟踪等；推断论述部
分根据对摄像机采集画面的处理结果，通过一定算法对目标是否溺水或存在溺水
危险进行判断，进而触发报警。本系统的构架模型如图4．1所示。安装在游泳池池
壁上的摄像头是监控系统视频信号的来源，一般经过采集卡的AD转换以及初步
处理，进入计算机，进行软件的信息处理。在本系统中的输出部分包括主控室和
救生台的监控显示以及救生员手中的报警器。
第4章基于平台实现的视频监控系统
图4．1系统构架模型图
Fig．4．1 Model 0f System Configuration
图4．1中①表示摄像头，②表示救生台监控器，③表示主控室监控设施，④表
示救生员手中的报警器。
4．1．3游泳池溺水监控系统的软件方案设计
系统应具有人性化的人机交互特点，采用图形化人机交互界面，通过交互满
足用户的特定要求。系统通过采集压缩卡MV．1500将输入的模拟视频信号进行压
缩和编码，按照存储系统的规格存储数字视频数据。同时用户可以根据需求实时
监控现场的情况，也可以将存储的重要数据进行回放。为了满足监控溺水事故、
辅助救生的要求，系统对镜头采集的图像进行分析和判断，对出现的意外情况进
行报警和记录。因此本系统应当具有监控和回放两个主要部分，系统功能及各部
分相互关系如图4．2所示。
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图4．2系统主要功能及各部分相互关系
Fig．4．2 Functions＆Correlativity Of System Parts
1、系统的功能需求
1)画面显示(预览)：各镜头采集的实时水下情况的显示，根据镜头安置的要求，
分为四路、八路两种，通过界面按钮或者鼠标快捷方式实现通道切换以及放大
或全屏预览显示。
2)循环录像：使用视频采集硬件压缩板卡，视频压缩过程完全在视频采集卡上完
成。系统可对所有监控点进行长时间录像，以备随时查询；硬盘空间不足时用
户可以选择覆盖原录像或者换盘录像。录像保存以一个星期为周期进行循环，
开启系统时进行录像情况检查，并且询问是否对循环周期外的录像进行删除操
作。
3)参数设置：包括对视频参数，即预览图像的饱和度、亮度、对比度等进行设置
(对录像同时起作用)：录像参数，例如录像的盘符等情况进行设置；算法处
理参数，例如判断阈值等涉及到图像算法处理的参数设置。
4)报警算法(系统的核心部分)：对采集卡采集的图像进行分割以及其他图像处
理，在时间轴上判断游泳者是否处于溺水状态。判定为溺水则显示报警状态并
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