第一章 緒論
1.4 系統功能
1.4.3 影像訊息與拋物儲存
系統一經啟動後便會開始偵測監視範圍內的情況，只要偵測到有 移動物體進入或離開，均會將其影像記錄下進入與離開時間，若物體 發生有拋下另一物體的行為動作，系統也會將物體標示並儲存。
1.4.4 拍照與警示信件
一旦經由系統分析即得知有一物體做出拋物的行為情況，系統便 會自動拍下拋物時的照片，並馬上存檔發出警示的信件給使用單位或 執行單位，具有事發狀況的即時訊息時效性，照片亦可做為日後調閱 的存證。
1.5 專題架構
本專題分為五章，第一章敘述專題的研究動機及與系統相關的技
術和方法及系統的架構。第二章描述本系統偵測與追蹤移動的物體，
從前景建構、物體標記、雜訊清除至物體追蹤的探討。第三章說明拋
物行為的分析，也是本專題的主要研究主軸，說明配合前一章的偵測 追蹤後的處理方法流程，以達到系統的主要功能。第四章則是利用在 不同環境設定下利用數位相機拍攝的影像做為實驗的來源，並對實驗 的結果加以討論與問題解決。最後一章則是對整個專題做結論，並提 出未來需要改善的地方。
第二章 移動物體偵測與追蹤
(Threshold leaning background subtraction, TLBS) [4]為基礎加 以改良。令 Bs為建構之 TLBS 背景，在訓練一段無移動物體的影片後，為零。當輸入畫面 Ik時，k>1，對 Ik與背景進行相似度測試，用以判斷
異動狀態遮罩 MHM 之概念取自運動狀態影像(Motion History Image, MHI) [8]，MHI 主要用以描述影像中物體運動的狀態，其每一 個像素採用顏色深淺來表示最近變動的情形。令 Hk 為第 k 個畫面的
2.3 物體標記
在室外追蹤應用中，單一畫面可能包含一個以上的移動物體，例 如行走的人員或遽烈晃動的樹葉。為使追蹤系統能在多個移動物時正 常執行追蹤工作，必須配給每個移動物體唯一的編號，此程序稱為物 體標記。為使標記程序的效能提升，吾人搭配影像型態學(Morphology) 之膨脹運算(Dilation) [9]，在偵測的前景上採用 3×3 之膨脹遮罩填 充像素間的破洞，如圖 2.1(e)為物體膨脹後之外形。
在區域像素聚合後，需快速搜尋各接鄰像素之相對關係，以判斷 各區域大小及區域總數。吾人採用相鄰元素編號演算法(Connected-
component-labeling) [1]，可快速將相鄰之前景像素聚集為單一個區域並
配給序號。
2.4 雜訊清除
本專題採用區域為基礎之雜訊清除方法，將面積過小之異動區域 視為雜訊。在物體標記的程序中可求得前景區域 i 的面積 Ai，當面積 值 Ai小於 Tn，時則系統將區域 i 中所有像素視為雜訊，這些雜訊轉而 作為背景建構之參考像素。在實際應用中，物體距離攝影機較遠時其 影像上的投影面積較小，故 Tn值需採用攝影機的空間定位或專家知識 決定。圖 2.1(e)為雜訊清除之後所剩之移動物體，顯示畫面中有一個 行人走過。
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f) 圖 2.1 物體偵測範例圖。(a)測試影像；(b)背景 Bsmin
(x)；(c)背景 Bsmax
(x)；
(d) MHI；(e)偵測物體；(f)框示目標物。
2.5 物體追蹤
物體偵測程序僅提供前景資訊，若畫面中出現兩者以上之移動物 體，則需採用驗證方法以確保追蹤物體之一致性。圖 2.2 為本專題採用 之物體追蹤示意圖，系統於畫面周圍設定一組臨界區域，當物體進入 畫面且不在臨界區域時才啟動追蹤，此機制旨在避免非連續運動物體 所造成之誤判。圖中顯示畫面 It時存在兩運動物體 O1,t與 O2,t，以虛線 表示，畫面 It+1時兩運動物體分別移動至 O1,t+1與 O2,t+1，以實線表示。
本專題採用物體移動之重疊特性進行追蹤，當兩畫面之移動區域重疊 時則將其視為單一物體。此方法於兩物體交錯時可能產生誤判，此時 可搭配物體顏色作進一步驗證[10]，本專題不詳細探討此問題。
O1,t O1,t+1
O2,t+1 O2,t
臨界區域
圖 2.2 物體追蹤示意圖。
第三章 拋物行為分析
本章首先將說明場景中物體數量異動之可能情形，其次說明如何 由異動狀態估測拋物行為。
3.1 移動物體異動狀態
圖 3.1 為移動物體異動狀態示意圖，本專題將物體移動的情形分為 物體數增加與減少兩類，可區分為六種可能情形，如圖 3.1 所示。圖
3.1(a)至圖 3.1(f) 分別為下列情形：(a)畫面中無物體且新物體從邊緣進
入、(b)畫面中有物體且新物體從邊緣進入、(c)單物體分割成兩物體、
(d)兩物體合併為單物體、(e)畫面中無物體且一物體離開、(f)為畫面中 有物體且一物體離開。上述情形中，(a)、(b)、(d)、(e)、(f)為單純物體 運動狀態，僅需執行追蹤動作。狀態(c)為拋物之可能情形，則需進一 步分析行為。
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
圖 3.1 移動物體異動狀態示意圖。(a)-(c)為物體增加狀態；(d)-(f)為物 體減少狀態。
3.2 拋物行為估測
圖 3.2 為本專題所提之拋物行為分析示意圖，以虛線表示畫面 It
之移動物體，於畫面 It+1時分離為兩物體，分別標示編號 0 與 2。由於 此種情形可能是人員拋物、人員離開車輛或兩人員交錯，因此需進一 步分析分離物體之所屬類別。
本專題採用 Lipton 等人所提之外形分類方法[11]，以物體外形之長 寬比例與面積作為分類標準，可將物體區分為行人、車輛或其他。此 方法實作簡單且執行快速，於前景清晰的狀態下具八成以上之精準度 [11]。
idx=0人
idx=2物 圖 3.2 拋物行為分析示意圖。
3.3 監視系統介面
本組整合上述偵測、追蹤與運動分析技術，設計一套監視系統軟 體，如圖 3.3 所示。此系統共區分為以下七項面板：
圖 3.3 監視系統介面圖
(1) 訊號輸入面板：採 320×240 格式擷取攝影機影像。
(2) 訊號顯示面板：顯示框示移動物體之影像。
(3) 移動物體面板：顯示偵測物體之關鍵畫面(Keyframe)與相關資訊，
包含物體進出畫面之時間、標註編號及分析之拋物關係。
(4) 拋物記錄面板：移動物體資訊皆採用資料庫儲存，此面板則顯示 近期偵測物體之相關資訊。
(5) 參數調整面板：本系統需設定三項參數－運動臨界值、背景相減 臨界值、背景偵測臨界值，視環境調整以達到較精確的結果。
(6) 日期時間面板：顯示系統日期與時間。
(7) 系統設定面板：
‧ 照相與郵件通知設定：設定關鍵畫面圖檔之儲存目錄，編輯即 時警示之電子郵件內容與收件者等功能。
‧ 攝影機連結：偵測並連結系統已安裝之攝影機設備。
‧ 說明：提供操作輔助說明。[7]
3.4 系統介面功能說明
3.4.1 訊號輸入面板
此面板為在監視的環境下，利用監視器材或攝影機將監視的影像 傳至系統的監看面板區塊，如圖 3.4 所示面板放大圖，本項功能是採 用 320*240 大小的固定影像畫面來擷取影像的輸入。
圖 3.4 訊號輸入面板說明圖
3.4.2 訊號顯示面板
在此面板下是專門顯示影像輸入後首要偵測的顯示面版，使用者
在選擇 detection、MHM、Segmentation、Labeling 等其中一項分析功 能後，此一面板即可顯示影像偵測後的結果示意圖，具有框示移動物 體影像、藏影與偵測之顯示功能，也是在進行後處理影像訊息與訊息 記錄儲存等功能的影像擷取來源，如圖 3.5 所示說明圖。
圖 3.5 訊號顯示面板說明圖
3.4.3 移動物體面板
此一面板主要在是將移動物體做影像訊息分析的動作，一旦在訊
號顯示面板中偵測出有移動物體進入監視的畫面，此面板的功能便是 將移動物體影像標記擷取出來，進而做影像相關訊息的說明，圖 3.6 為此面板放大圖，先將移動物體做標記編號，再說明此移動物體於幾 點幾分進入監視範圍，與幾點幾分離開監視範圍，及是否有拋丟物體 仍留在監視畫面情況的註記。
圖 3.6 移動物體面板說明圖
3.4.4 拋物記錄面板
此面板的功能猶如一套小型的資料庫，如圖 3.7 顯示的訊息記錄
說明圖，將近期拋物行為的狀況以文字訊息儲存，將上一功能移動物 體影像訊息中所偵測出的標記物體編號，在此一面板功能中更清楚拋 物者及被拋之物體編號與發生拋物行為時間等訊息加以記錄，以方便 日後使用者查詢。
圖 3.7 拋物記錄面板說明圖
3.4.5 參數調整面板
在影像偵測的監視系統下，最怕遇到在複雜的環境中偵測，此一 面板的設置中如圖 3.8 所示，設有運動臨界、背景相減臨界及背景偵 測臨界，運動臨界的功用是針對灰階值的設定，設定能接受灰階值改 變的範圍，使在範圍內的為背景，反之則為移動物體；背景相減臨界 則是記錄背景像素的值，把前景中視為背景的像素點記錄下來，而調 得愈高會使移動物體擴大面積；而背景偵測臨界其目的是偵測移動物 體的面積是否大於其臨界值，用以框示，使得系統能針對雜訊或依據 移動物體大小去做調整。
圖 3.8 參數調整面板說明圖
3.4.6日期時間面板
圖 3.9 所示之日期時間面板放大圖，由於監視系統最重要的便是
將偵測出的移動物體能夠正確地記錄拋物行為的時間，亦讓使用者可 以正確得知獲得可靠的時間性消息，因而此面板的設置，便是因為強 調拋物行為時間性的問題，也有利於影像訊息與訊息記錄中時間的記 錄儲存。
圖 3.9 日期時間面板說明圖
3.4.7系統設定面板
圖 4.10 為系統設定面板放大圖，此面板最主要的功能在於攝影機 連結、照相及寄件的功能。攝影機連結是在偵測系統是否有正確連結 或安裝上在監視環境中所設置的監視器或攝影機等器材，若在未安裝 好或未連結的情況下，系統則無法開始監視；而照相及寄件的功能為 本系統的警示功能，為了配合系統使用者的需求，系統一旦偵測分析 出有拋物行為的情況，便會自動將之前在影像訊息中所儲存之拋物行 為關鍵圖檔寄回通知系統使用者。
圖 3.10 系統設定面板說明圖
第四章 實驗結果與討論
4.1系統測試
本節主要是實驗整個系統的測試結果，分為背景萃取實驗結果與 系統功能實驗結果二大部份。
4.1.1背景擷取與偵測
背景區塊的建立是監視系統的首要步驟，於第二章時即有說明監
背景區塊的建立是監視系統的首要步驟，於第二章時即有說明監