如何提高視頻監視系統的有效性是系統設計師的設計考慮因素。本文作者在分析了實際的視頻應用中存在的對改變疏忽以及視覺靈敏度問題之后，提出了利用實時變化檢測器來提高響應水平的實現方法和概念，并給出了實時變化檢測器電路實現原理和組成。

　　自從引入視頻監視作為一種安全工具以來，一直存在著兩個方面的問題。個問題是疏忽或者對改變的視而不見，這樣一來，觀察者在看電視時就不能可靠地發現安全威脅，因而在已經發生了情況的時候得到沒有發生任何事情的錯誤結論。Harvard試驗表明，在看電視時，50%的人會專注于兩個籃球隊之間球的轉移，而不會注意到大猩猩(球隊的吉祥物)走到視野區域并從視野區中走出的情況。相似地，在一個軍事研究中，試驗表明在12分鐘連續觀察2個或更多的順序排放的監視器后，觀察者將錯過對45%的場景的觀察，在大約22分鐘后，會錯過95%的場景。

圖1：人眼觀察事物時的典型路線。

　　第二個問題是視覺的靈敏度。圖1顯示了一個典型的人眼觀察事物時的路線。圖中用圓圈來顯示定影，用紅色的虛線來表示觀察的動作。觀察次數和定影(fixation)的數量，以及因此的發現時間是容易混淆的對象(產生興趣的“定影”的可能的點)個數的函數。當眼睛鎖定在一個對象上時，整個圖像在外圍的視覺大大地弱化。研究顯示，發現圖片上某個對象的概率是視覺分辨率的直接函數。因此，當操作者在研究一個點的時候，例如照片中的一個攀登者，他不大可能會發現到進入到圖像中的其他事物。

　　利用實時變化檢測器提高響應水平

　　當要求觀察者觀看2個或以上的監視器以發現安全威脅的時候，周圍視覺弱化的問題更加嚴重。無論對觀察者怎么進行培訓或者他多么地專著，都不可能在同一時間內完全專注到超過一個細節上，即使能那樣，也一次只能維持幾分鐘時間。視頻監視系統效用的真正衡量標準是對安全危害的響應水平，如果能提升這種響應，那么這個系統的價值就得到了大大的提高。這意味著需要一種簡單、實時的智能電視和系統來向觀察者告警，并確定查詢點以使發現時間短。實時變化檢測器(RTCD)(正在申請專利)提供了這樣的增強功能，RTCD帶來的少量成本將成倍地提升性能。

圖2：形成差分圖像。

　　RTCD概念很簡單，它利用了一種功能強大的計算機。人腦處理來自眼睛的圖像，人腦是迄今為止強大的“計算機”，它可以根據過去的情況來插入數據，它能插入遺失的數據。但問題是，當沒有上面的這些功能需要執行時，人腦會進入到一種無聊狀態。RTCD通過視覺確定發生了某種改變，喚醒觀察者進入無聊狀態的大腦，然后利用觀察者的計算能力來在顯示器上確定特定的位置，這樣他就能快速地將注意力(視網膜中心)集中在可能的入侵者上。

　　這種智能電視系統獲取實時圖像，并同時形成變化的圖像-一個不同的圖像。然后通過增加色彩或勾勒其輪廓來凸現這個不同的圖像。還加入一種“老鼠腳印”(mouse trail)，這個不同的圖像然后與原來的實時視頻圖像相結合，以作對比(圖2)。圖3描述了這個過程的一個簡化原理圖，藍色部分描述的是傳統的攝像機，紅色部分是額外的電路。

圖3：幀存儲和差分電路

　　通過分離實時的視頻可以得到不同的圖像，信號發送到顯示器，并同時發送到一個差分電路和一個幀存儲電路。從當前幀中減去前面的幀，形成不同的圖像(注意：在某些情況下，通過僅僅與前面的一個幀對比就能獲得的性能。在其他的情況下，與前面的多個幀進行比較將能提高性能)。因為目標曾經所在的陰圖與目標在新位置的陽圖(positive image)都提供了，需要對不同圖像進行清理。增強電路不僅去掉陰圖(negative image)，還能提供邊沿檢測和“老鼠”腳印。

　　RTCD和DSP設計用于嵌入到攝像電路中，它也可以以板外模塊的形式添加到現有的數字成像系統中。

　　實時變化檢測器電路

　　圖4中顯示了實時變化監測器(RTCD)的配置，這個配置可以使用任何標準CCTV攝像機的數字視頻輸出。數字信號處理器可以集成到CCTV電路中，也可以作為獨立的電路板構建，以一種可選的模塊提供。在某些情況下，更愿意以一種售后模塊的形式提供RTCD。

　　數字視頻輸出被分割成3路，圖5顯示了原始的(標準)視頻圖像被發送到混合器(幀存儲電路和差分電路)。幀存儲電路存儲整個幀，存儲k個幀，k的大小根據幀速率和應用的不同而不同。對于一個每秒7幀的攝像機來說，K的典型值為2(幀)，每秒為30幀的攝像機k值為6(幀)。通過選擇k值，使用k幀可以對運動目標產生一個老鼠腳印的效果。數字視頻輸出還被饋送到差分電路進行比較。在這里，如圖2所示，將形成場景中變化的不同景象。可以注意到，有一個白色的陰圖，其目標在前一幀圖像中，黑色的陽圖的目標是在一幀中。這時，需要執行幾個功能。簡單的就是對其中一個圖像進行剪輯。通常，人們會剪輯目標所在的前一幀圖像。這里的例子是，將前一幀的目標所在的圖像進行反轉將很有利，這樣黑色的圖像將變成白色，達到強調的效果。在某些情況下，實現信號增強會帶來更多好處，簡單的增強就是將信號通過一個數字濾波器，這樣當一個不同的圖像與實時視頻結合的時候，就產生一個運動中的目標輪廓。

　　差分電路

　　來自CCTV的數字信號被傳遞到幀存儲電路和差分電路，這由一串緩沖器組成，如圖5所示。每個緩沖器按一個幀的時長來對信號進行延時。每個緩沖器的輸出被發送到下一個緩沖器，發送到一個反相器。第k個緩沖器對信號的延時為k個幀。反相器的輸出與上一個視頻幀(實時視頻)在求和電路中進行求和[注意，在實時視頻路徑上有一個緩沖器用于調節反相器的延時]。這產生一個k差分圖像。

　　1-k求和電路(差異圖像)的輸出輸入到信號限幅電路中，以去掉其中一個不同的圖像(通常的目標是前一幀圖像)，然后所有的k個被限幅的不同電路信號進行求和，來得到一個合成的差異圖像。圖像可以進行很多轉換處理來提高其提示的功能。如前面所描述的，數字濾波器將能提升變換對象的輪廓。不同的圖像可能被放大來使信號飽和(或者使其全黑)，這樣使顯示器飽和(色彩飽和)；或者增加一種色彩使目標更突出。

　　增強的差分信號然后與原始的視頻信號混合來形成合成圖像，如圖3所示。通過一種色彩加強輪廓，顯示對象位置變化。增加了前面第二個、第三個幀的側面輪廓，以提供對對象的跟蹤。