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 一、概述
　　

　　大家知道，規模較大的電視監控系統中充斥着大量的攝像機畫面，它們一般以固定或輪流的方式顯示到監視器的屏幕上；要想讓安防人員對這麼多的畫面持續保持密切的注意是非常困難的。必須採取某種措施，使我們既能減少系統中監視器的數目，又能提高安防人員處理突發事件的能力。　　

　　視頻移動探測器（Video Motion Detector，簡稱VMD）可以很好地滿足上述要求。VMD的任務是對攝像機產生的圖象進行電子分析，以檢查圖像中有否出現足夠程度的變化。這種裝置能夠毫不疲倦地對攝像機畫面進行長時間的監視，並在出現情況時通知安防人員，因此能夠很好地彌補安全人員的不足。

　　VMD主要通過數學計算來確定攝像機畫面的某個區域內是否有移動目標出現。具體方法是：不斷將某個視頻幀內像素的亮度水平與下一個視頻幀進行比較，以尋找被認為值得注意的變化。低成本的模擬式VMD則採用另外一種較簡單的方法：將某畫面中的大塊區域與下一幀畫面中的對應區域進行比較。這種方法在室內環境中是可行的，這是由於室內的光線條件和場景較少發生變化。在室外環境中，這種系統很容易因光線變化或攝像機的震動而產生誤報。因此，室外應用中應使用功能較強的數字式VMD。數字式VMD是一種以微處理器為核心的電子裝置，它可以同時對數千個圖像佈防單元進行跟蹤分析。即使場景的亮度發生了明顯的變化，系統也不容易產生誤報。　　

　　內置VMD電路的攝像機可以當報警探頭使用。檢測電路首先會將靜態圖像貯存起來，之後，如果發現畫面的變化量超過了預先設定的值，系統就會發出報警信號，以提醒安防人員或啟動錄像機。VMD電路有模擬式和數字式兩種。模擬式電路主要通過檢測佈防區域的畫面亮度來探知變化；數字式電路則可以對佈防區域內成百上千個單元進行電子分析，可以在圖像上標出檢得異動的位置和移動目標的前進路徑，並驅動警號或警燈發出警告信號。圖1是一個典型的VMD系統的連接示意圖，圖中還說明瞭系統可提供的報警信息的內容。　　

　　VMD工作時會不斷地從攝像機處收取視頻圖像，並與先前貯存的圖像相比較，以了解場景有無發生變化。如果沒有檢測到明顯變化，系統不會有任何動作。如果檢測到了可度量的、達到某個標準的變化，系統會立即發出報警信號。

　二、模擬式視頻移動檢測器　　

　　模擬式VMD設備已有多年的生產曆史。這種設備能夠以較低的成本實現對CCTV場景內移動目標的探測。但它們只適於對光照條件較為恆定、環境變化不大的室內圖像進行檢測；不應將它們用於室外圖像的檢測。　　

　　（1）模擬式VMD的工作原理　　

　　 模擬式VMD的工作原理如圖2所示。　　

　　 最簡單的VMD使用模擬減法對圖像進行檢測。將參照幀與新抓取的幀相減，如果得到的差值超過設定的水平，系統就輸出一個報警信號。　　

　　 所有模擬式VMD都允許用戶在屏幕上設置移動目標探測區（即佈防區域）。系統通過對畫面照度的持續監測發現佈防區域內出現的移動目標后，即發出報警信號。具體形式有：　　

　　① 發出報警聲；　　

　　② 面板上的報警指示燈開始發光；　　

　　③ 輸出交流驅動信號，以啟動使用交流電的信號裝置；　　

　　④ 輸出一個開關信號（可用來驅動錄像機、打印機、警鈴或其它裝置）。　　

　　 模擬式VMD通過對攝像機畫面進行的模擬式分析來確定場景有否發生變化。系統先將佈防區域內的畫面保存起來，再將當前畫面與先前保存的畫面相減，根據差值確定佈防區域內的場景有無發生變化。如果有移動目標侵入，或場景的照度水平發生了較大變化，計算得到的差值應當能夠達到總值的10%到25%。系統據此判斷畫面發生了較大變化，隨即發出報警信號。報警信號可用來驅動警號/警燈等，還可以用來控制錄像機進行錄像。VMD與監視器或視頻記錄設備都沒有什麼緊密關聯，也不會對它們造成干擾。　　

　　（2）模擬式VMD的佈防區的設置　　

　　多數模擬VMD的佈防區域都可以通過其前面板上的控制鍵進行調整，可調整的項目包括形狀、大小和位置等。具體尺寸和配置應根據監視系統的實際需要確定。一些常見的佈防區形狀有：方形、三角形、L形、馬蹄形等。　　

　　 設置佈防區域時，應當將可能出現侵入的位置都包括進去。雖然屏幕上顯示的仍然是整個畫面，系統卻只對佈防了的區塊進行檢測。佈防區塊之外即使有移動目標出現，系統也不會報警。設置時，佈防區塊在屏幕上顯示為一個有邊框線的閉合區，其形狀和大小可以通過控制面板進行調節。設置完畢，屏幕上的框線會自動消失，因此屏幕上的畫面看起來與平常一樣。佈防區塊在屏幕上佔據的面積最小為5%，最大可為95%。這類VMD系統的靈敏度一般相當于1%佈防區域內的視頻信號電平出現了25%的變化（几十分之一秒內）。

　三、數字式視頻移動檢測器　　

　　 模擬式VMD只有在光線變化不大的室內應用中才能很好地工作。在室外應用中，各種環境條件往往無法得到有效的控制。陽光、云塊、閃電等因素都會造成攝像畫面光照水平的顯着變化。數字式VMD必須採用專門的室外算法，以區分整個場景亮度快速變化和移動目標引起的部分場景的亮度變化。同時，還必須注意及時更新從佈防區塊中抽取的數據。當場景中出現移動目標時，數字式VMD必須在目標進入並離開場景期間抽取至少兩組數據。如果數據的更新速度太慢，系統完全可能漏掉那些移動速度較快或體積較小的目標。　　

　　 為確定系統中真的出現了值得注意的移動目標，還是發生誤報，VMD設備必須能夠辨別目標的速度、大小和形狀。數字式VMD是唯一一種能夠有效應用於室外環境的報警系統。　　

　　（1）數字式VMD的工作原理　　

　　 圖3是數字式VMD設備的基本原理框圖。　　

　　 攝像機產生的視頻信號被送往數字式VMD后，VMD即將這種模擬信號轉換成數字信號，並根據一定的探測模式（detection pattern）將抽取的數據分組保存起來。所謂探測模式，是指在佈防區域內提取樣本數據的點的分布模式。這種模式可以由用戶設定，但有時則是燒錄在機器內部的。不同廠家採用的抽樣模式各不相同（不管是數量上還是位置上）。VMD內存中保存的圖像對比數據定期更新，以反映場景內不斷髮生的那些與安全無關的微小變化。　　

　　 數字式VMD系統會按預定的檢測間隔從視頻圖像中抽取視頻幀，並將其轉換成數字信號，以方便與設備內存中的數據進行對比。如果場景內出現了移動目標，或抽樣點的數據中有相當數量的數據發生了變化，系統就會發出報警信號。與安全無關的移動物件，如小動物或飛鳥都不會引發報警。但人員出入和門窗開關等活動則肯定會觸發VMD設備。至於有多少抽樣數據發生變化后纔會令系統報警，不同廠家、不同型號的產品各有不同規定，有時這又取決于用戶設置的靈敏度閾值。　　

　　 根據設計的不同，多通道式VMD可以處理10路、16路、32路甚至64路視頻信號。工作時VMD會順次抽取各個通道的數據：先是1號通道，然後是2號、3號，依次類推，最後又繞回1號通道。有些系統能夠同時從多個視頻通道中取樣，也同時對多個報警信號進行分析，並作出響應。VMD設備輸出的報警信號可用來驅動多種設備。可以將報警畫面切換到監視器上；可以驅動聲光報警裝置（以提醒工作人員）；可以啟動錄像機進行記錄；也可以將報警信號送到其它地方。　　

　　數字式VMD工作時首先將來自不同攝像機的畫面轉換成數字化了的數據；數據分組存放，每組對應監視器屏幕上的一個區塊。每幅圖像中可以劃分出几千個區塊。VMD將各個區塊的亮度值存放到系統的內存中，亮度值共分16或256級。模擬電視系統只能區分10個不同的灰度級別，因此數字式VMD貯存的圖像數據要精確得多。參照數據保存好后，VMD就開始不斷地將後續畫面進行分區和數字化處理，並將得到的數據與內存中的參照數據相比較。參照畫面中某點的灰度級與當前畫面中對應點的灰度級有1到2級的差別時，即可認定圖像發生了變化。　　

　　 數字式VMD可以將一幅畫面分解成16,000個區塊，並能夠按這個標準同時處理16路視頻信號。由於VMD具有如此強大的處理能力，即使入侵者只占整個畫面的0.01%，系統也能輕易地將其“揪出”。對16通道的型號來說，這一比值更降低到了0.006%（與16只攝像機看到的全部場景面積相比）。數字式VMD通常都接有一台監視器；檢測到某個通道圖像中的移動目標后，系統會將該通道的圖像切換到這台監視器上，同時發出聲光報警信號。聯動的錄像機也會同時啟動，將入侵場景記錄下來備查。儘管入侵者在屏幕上佔據的面積可能很小，借助VMD疊加的標誌，安全人員仍能輕易地找到他。另外，由於屏幕上還顯示了入侵者的移動路徑，即使他躲藏起來，安全人員也可以知道他所在的大致位置。借助VMD設備，安全人員既知道侵入發生的地點，又知道入侵者所在的位置。這使得他能夠馬上將注意力集中到事故處理上，並儘快決定應採取何種行動。　　

　　現場平面圖顯示是VMD系統最有用的輔助功能之一。發生侵入時，系統能在監視器上疊放現場的平面圖（其中標有每個攝像頭和報警探頭的具體位置），並使與報警有關的圖標不停閃爍。為確保不漏掉任何侵入事件，特別是多重侵入，應當使用錄像機對報警時的畫面進行詳細的記錄。錄像機能夠將報警畫面、入侵者、入侵者的移動路徑、報警平面圖等一齊保存到錄像帶上。有的VMD能夠以順序切換的方式在一台錄像機上同時保存多個入侵場景的視頻圖像。錄製時，系統先將第一個場景的畫面送往錄像機，並持續一段時間（可設置），接着是第二個場景的畫面……如此循環往復。如果系統中的報警探頭檢測到了情況，系統也能夠根據探頭所在的位置將相應攝像機的畫面錄下來。屏幕上顯示的圖形信息的價值在於它能令安全人員迅速準確地對現場的情況作出判斷，並能使入侵者聲東擊西的戰朮徹底曝光。

　　（2）數字式VMD的抽樣存貯過程　　

　　數字式VMD對移動目標的偵測是通過一系列的抽樣和存貯過程來實現的，最初，系統會將參照用的畫面存貯到系統內存中去。所貯存的內容是一系列抽樣得到的數據，典型的VMD最多可以從一幅畫面中抽取16384個離散點的數據，費時約33毫秒。系統能自動測量各抽樣點的亮度（分16或256個灰度級），並將其與抽樣點的座標值一起保存到內存中。在這個被稱為“對比數據存貯”的過程中，畫面中所有塊區的數據都有貯存。之後，系統就開始不停地對相關數據進行比較。用來對比的數據是從當前圖像（每秒鐘更新30次）中抽取的。　　

　　如果經過對比發現某些采樣點的亮度發生了變化，系統會將其位置和亮度值記錄下來。電氣噪聲和背景場景的變化（如樹枝、樹葉和旗幟等）引起的亮度變化則會被系統自動忽略。如果有些區塊不要求系統進行檢測，系統可以將其屏蔽。　　

　　亮度發生變化的抽樣點達到一定數目，系統就會輸出一個報警信號。報警系統每秒鐘共進行30次比較。測得變化的抽樣點數目達到總積數的1/8時，系統即確認畫面中出現了移動目標。在這裡，1/8只是一個常規比例，實際上的閾值可以是任意值。每次抽取最新數據時，系統都會將前一次的對比結果清除，以防止發生累積。存儲過程開始時，此計數值被清零。對比數據則每1/15秒到几秒鐘更新一次，以濾除場景照度變化、天空中飄過的云塊、攝像機內的電子漂移等因素引起的圖像變化。系統確認某個畫面中有移動目標出現時，會將該畫面自動顯示到監視器上。　　

　　有些數字式VMD能夠同時處理几十路視頻信號，這是通過採用分時技術來實現的。在分時技術中，VMD照一定的順序從不同通道的視頻畫面中提取數據並加以處理。每個通道的佈防區域和靈敏度都可以單獨設置，以提高系統工作的效率和準確度。根據系統的安全需要，每個通道內可以設置多個不同的佈防區。如果攝像機監看的場景範圍較大，而預期出現的移動目標相對較小，屏幕上的佈防區塊就可以設置得小一些；如果攝像機監看的場景範圍較小，要尋找目標在其中占的比例較大，則屏幕上的佈防區塊應當設置得大一些。　　

　　四、結束語　　

　　由上面的介紹可以看出，視頻移動探測器是目前最有效的入侵報警器，但它必須從攝像機獲取視頻信號，因而它離不開攝像，所以它可以安裝在攝像機內，也可以安裝在攝像機外。目前硬盤錄像機（DVR）均有此類裝置與功能。　　

　　數字式VMD是所有數字化安防系統中的必不可少的組成部分。