[發明專利]一種基于攝像網絡的泳池防溺水預警方法及系統

有效

• 申請號: 201110072238.1
• 申請日: 2011-03-24
• 公開（公告）號: CN102693606A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 涂丹;唐國明;雷軍;代祥;袁鵬
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G08B21/08
• 分類號: G08B21/08;H04N7/18
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 魏國先

1.一種基于攝像網絡的泳池防溺水預警系統，其特征在于：在泳池水面上方安裝固定水上攝像頭，在泳池水面下安裝可旋轉的水下攝像頭；水上攝像頭和水下攝像頭信號輸出通過各路視頻采集卡連接PC機，PC機輸出控制信號連接報警器和步進電機，步進電機控制云臺旋轉；或者水上攝像頭和水下攝像頭信號輸出通過多路視頻采集卡連接DSP，DSP與PC機進行通信連接，DSP輸出控制信號連接報警器和步進電機，步進電機控制云臺旋轉。

2.根據權利要求1所述的基于攝像網絡的泳池防溺水預警系統，其特征在于：所述的PC機或者PC機與DSP包括有水花檢測模塊、協同控制模塊、水下溺水判別模塊和報警定位模塊，水上攝像頭輸出圖像信號連接水花檢測模塊，水花檢測模塊輸出連接協同控制模塊，協同控制模塊輸出控制信號連接云臺步進電機，協同控制模塊的輸出還連接水下溺水判別模塊，水下溺水判別模塊輸出連接報警定位模塊，報警定位模塊輸出報警信號連接報警器；上述的水下溺水判別模塊包括人物識別子模塊和動作識別子模塊。

3.根據權利要求1所述的基于攝像網絡的泳池防溺水預警系統，其特征在于：所述的水上攝像頭和水下攝像頭的安裝位置是：泳池按“田”字劃分為4個大小相同的矩形區域，每個區域中布置1個水上攝像頭和1個水下攝像頭，水上攝像頭安裝在區域中心位置上方6米處，正向下拍攝，水下攝像頭安裝在泳池較長邊池壁水下3米處的轉動云臺上，云臺轉動的角度范圍為0至180度。

4.一種基于攝像網絡的泳池防溺水預警方法，其特征在于：在泳池水面上方固定水上攝像頭，在泳池水面下安裝可旋轉的水下攝像頭，兩者通過PC機或PC機與DSP的協同控制模塊相聯，形成可協同攝像網絡，水上攝像頭通過水花檢測模塊對游泳者的水面溺水情況進行預判別，協同控制模塊根據預判別結果引導水下攝像頭捕獲水花產生處的水下圖像，并通過水下溺水判別模塊對溺水事故進行確認和報警定位。

5.根據權利要求4所述的基于攝像網絡的泳池防溺水預警方法，其特征在于：所述的水上攝像頭通過水花檢測模塊對游泳者的水面溺水情況進行預判別，該方法包括以下步驟：

(1)PC機或PC機與DSP獲取由水上攝像頭拍攝的游泳池水面圖像；

(2)水花檢測模塊對游泳者產生的水花進行檢測，根據檢測結果進行是否正在發生溺水進行預判別；

(3)預判別結果為可能存在溺水發生時，測算所檢測到的水花塊在泳池中的位置，同時觸發協同控制模塊，后者將觸發水下溺水判別模塊，對水面預判別結果進行確認；上述的水花檢測模塊通過基于聚類的紋理特征分割來進行水花檢測，聚類方法采用模糊C均值聚類方法；模糊C均值聚類法中，采用的特征參數為灰度共生矩陣的11個紋理參數和顏色空間HSL中亮度值L的組合。

6.根據權利要求5所述的基于攝像網絡的泳池防溺水預警方法，其特征在于：水花檢測模塊對游泳者產生的水花進行檢測，具體檢測方法是：

(1)確定水花的外接矩形，得到矩形面積、矩形變化程度等參數；

(2)對連續多幀圖像中各個水花進行跟蹤，水花塊跟蹤采用卡爾曼濾波運動目標跟蹤方法，得到各個水花外接矩陣位移；

(3)若某水花面積大于某一閾值，矩形長寬比變化率大于某一閾值，并且水花外接矩形位移小于某一閾值，則判定可能有溺水情況發生。

7.根據權利要求4所述的基于攝像網絡的泳池防溺水預警方法，其特征在于：所述的協同控制模塊根據預判別結果引導水下攝像頭捕獲水花產生處的水下圖像的具體過程為：協同控制模塊通過水花檢測模塊獲取水花塊的位置信息，換算得到與之互聯的水下攝像頭所在云臺所需轉動的角度，以此控制攝像頭轉動捕捉目標。

8.根據權利要求4所述的基于攝像網絡的泳池防溺水預警方法，其特征在于：所述水下溺水判別模塊對溺水事故進行確認和報警定位，具體方法為：水下溺水判別模塊使用基于視頻圖像處理與動作識別相結合的溺水判別方法，該方法包括：

(1)PC機獲取由水下攝像頭拍攝的游泳池水下圖像；

(2)水下溺水判別模塊包括人物識別子模塊和動作識別子模塊；

(3)人物識別子模塊提取并捕獲圖像中包含的人體目標；

(4)動作識別子模塊對捕獲目標正在發生的動作進行識別，并根據識別結果判斷是否正在發生溺水，若是，則觸發報警定位模塊。

9.根據權利要求4所述的基于攝像網絡的泳池防溺水預警方法，其特征在于水下溺水判別模塊包括人物識別子模塊和動作識別子模塊，人物識別子模塊依次通過建立膚色模型、計算邊界值、膚色提取和降噪處理四個步驟進行水下人物提取，并且在進行膚色提取的同時，使用迭代的方法進行邊界值的更新；對提取出的膚色采用深度優先搜索聚類方法得到單個目標的外接矩形框，根據該矩形框的長、寬及其質心在二維圖像中的坐標定義動作參數，該動作參數值可根據實測數據通過最小二乘法獲得，也能根據一般常識或應用場地的實際情況自行設定；動作識別子模塊根據動作參數值所呈現的大小，對目標所做的動作進行識別，若檢測到同一目標在若干幀圖像或一段時間內連續被預測為正在發生溺水，則觸發報警定位模塊；報警定位模塊根據水下攝像頭的編號確定水下溺水者所處的子區域，再根據目標成像大小推算其距離攝像頭的遠近，從而計算得到目標的近似位置。