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成功案例

關(guān)鍵詞智能監(jiān)控系統(tǒng)；運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測；視頻技術(shù)

引言

近年來，各行各業(yè)對視頻監(jiān)控需求不斷升溫。雖然監(jiān)控?cái)z像機(jī)已經(jīng)廣泛地存在于銀行、商場、停車場和交通路口等，一些人群比較密集或比較容易受攻擊的公共場所都紛紛安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)以保障人民生命和財(cái)產(chǎn)安全。在建造智能大廈和選購住房時(shí)，安全防范系統(tǒng)也越來越受到人們的重視。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人民物質(zhì)生活水平的提高和消費(fèi)觀念的改變，安全防范已經(jīng)成為視頻監(jiān)控市場的重要應(yīng)用領(lǐng)域，從過去的人防發(fā)展為以技防為主、人防為輔，并成為現(xiàn)代管理的重要手段。

1 視頻監(jiān)控的意義

信息的傳輸與存儲有多種形式，其中視頻是一種重要的媒體。隨著計(jì)算機(jī)硬件的快速發(fā)展，尤其是圖形處理器一的不斷更新?lián)Q代，普通的計(jì)算性能有了階梯式的提升，其圖形圖像處理能力得到了前所未有的提高。以前，安防的數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化僅僅被一些對前沿技術(shù)敏感的企業(yè)作為一種很不清晰的概念提出來，市場并沒有相應(yīng)的產(chǎn)品作為支撐。而近兩年，比較成熟的數(shù)字，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器等產(chǎn)品出現(xiàn)了，在數(shù)字化的基礎(chǔ)上，視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)沒有技術(shù)和產(chǎn)品上的懸念[1]。

2 系統(tǒng)總體需求與設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)大多數(shù)是一種被動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。一般都是持續(xù)的對監(jiān)控場景進(jìn)行監(jiān)控，通常由連接到一套監(jiān)視器上的一個(gè)或者多個(gè)攝像頭組成。主要應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的重要部門，如銀行、保險(xiǎn)庫等。這種系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟，它可以用于對重要場所的監(jiān)視、報(bào)警。用于對于生產(chǎn)場所、市場等的監(jiān)視。用于對交通運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)視。

這些系統(tǒng)能夠滿足人們一定的監(jiān)控需求，但是存在很多弊端要求監(jiān)控人員不停地監(jiān)視屏幕，獲取信息，通過人的判斷，得到相應(yīng)的結(jié)論。這就需要監(jiān)控人員長期盯著監(jiān)視器。在一些監(jiān)控點(diǎn)較多的情況下，監(jiān)控人員幾乎無法做到完整全面的監(jiān)控。

2.1 系統(tǒng)需求分析

本文設(shè)計(jì)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要完成以下幾個(gè)功能通過攝像頭與視頻采集卡，能夠?qū)崟r(shí)采集、顯示攝像頭采集到的圖像。能夠存儲采集到的圖像。把攝像頭采集到的圖像存儲為圖像格式和文件格式。能夠控制云臺攝像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)，包括角度和俯仰。通過運(yùn)動(dòng)檢測模塊獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置信息，以此為參數(shù)，驅(qū)動(dòng)云臺攝像頭，獲得細(xì)節(jié)信息。通過采集到的圖像，檢測運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)域。能夠根據(jù)運(yùn)動(dòng)檢測算法到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，并將云臺攝像頭的驅(qū)動(dòng)參數(shù)返回。

根據(jù)以上分析視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由以下四個(gè)模塊組成圖像采集與顯示模塊、圖像存儲模塊、云臺攝像頭控制模塊、運(yùn)動(dòng)檢測模塊。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)分為系統(tǒng)構(gòu)成和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。

系統(tǒng)構(gòu)成：本文的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)，視頻采集卡、一個(gè)單目固定攝像頭、一個(gè)云臺攝像頭組成。其中，兩個(gè)攝像頭連接到視頻采集卡。云臺攝像頭通過串口連接到計(jì)算機(jī)。

系統(tǒng)硬件的功能有兩個(gè)：CCD攝像頭采集圖像；控制云臺攝像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)。

軟件設(shè)計(jì)：軟件部分的主要模塊有四個(gè)，采集并顯示圖像模塊；存儲模塊。將圖像保存為指定格式（BMP或AVI）；運(yùn)動(dòng)區(qū)域檢測算法；云臺攝像頭控制模塊。

系統(tǒng)的工作流程如下攝像機(jī)的模擬信號通過視頻電纜線傳送至視頻采集卡，圖像采集卡將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號，該轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字圖像可以顯示在計(jì)算機(jī)顯示器，或者傳送至內(nèi)存，兩者不可同時(shí)進(jìn)行。系統(tǒng)可以對內(nèi)存中的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行目標(biāo)檢測，計(jì)算機(jī)根據(jù)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測算法的運(yùn)算結(jié)果來控制攝像機(jī)的云臺，運(yùn)動(dòng)檢測算法的啟動(dòng)由菜單控制[2]。

3 云臺控制模塊與圖像采集顯示模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 界面的設(shè)計(jì)

根據(jù)功能需求分析，要實(shí)現(xiàn)的功能主要有采集并顯示圖像，顯示圖像的格式有剪裁和縮放方式，分別對應(yīng)場掃描方式和幀掃描方式。存儲圖像，包括存儲為或者工兩種格式。

3.2 系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置

系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置分為三步，給參數(shù)變量賦值。參數(shù)變量主要包括采集卡視頻信號制式、掃描方式、亮度、對比度、色調(diào)、飽和度、晶振及最大寬高等；設(shè)置系統(tǒng)信息，包括調(diào)色板、頭文件信息及申請文件內(nèi)存；用采集卡提供的接口函數(shù)，把設(shè)置好的變量賦值給一個(gè)采集卡數(shù)組，完成對采集卡的初始化。

3.3 采集顯示模塊的實(shí)現(xiàn)

采集圖像到內(nèi)存控制的初始化成功后，可以啟動(dòng)采集功能，圖像卡循環(huán)采集幀圖像到內(nèi)存。在圖像采集過程中，通過回調(diào)函數(shù)實(shí)現(xiàn)采集到的圖像的顯示。在顯示圖像之前一定要先計(jì)算出圖像的大小，鎖定這塊內(nèi)存。然后調(diào)用函數(shù)將源緩沖區(qū)的圖像數(shù)據(jù)傳遞到目標(biāo)緩沖區(qū)中，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。在解鎖之后，才可以使用目標(biāo)緩沖區(qū)中的圖像數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)顯示功能[3]。

4 靜態(tài)背景下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測

運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測的目的是將變化的區(qū)域從背景圖像中精確提取出來，這是任何監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要問題。根據(jù)所監(jiān)視的場景，可以把智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為單模態(tài)和多模態(tài)兩種。其中，單模態(tài)處于的環(huán)境，條件變化較小，通常是針對室內(nèi)環(huán)境的。

4.1 常用的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測算法

目前，檢測運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的傳統(tǒng)方法主要有三類時(shí)域差分法、背景模型法和光流場法。雖然存在著各種各樣的算法，但每種算法多是針對某一特定的場合提出的，并且許多算法仍有許多值得改進(jìn)的地方，下面分別對這三類方法進(jìn)行介紹：

（1）時(shí)域差分法：是指對一個(gè)極小的時(shí)間間隔遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于秒前后的兩幅圖像采用基于像素的時(shí)間差分，再閡值化來提取圖像中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)域，根據(jù)得到的區(qū)域來區(qū)別背景和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。

（2）背景差法：是利用當(dāng)前圖像與背景圖像做差分，再取閉值來分割運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的一種技術(shù)。

（3）光流場法：光流是指圖像亮度模式的表觀運(yùn)動(dòng)。光流場是指圖像灰度模式的表面運(yùn)動(dòng)。而運(yùn)動(dòng)場則是三維物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)在圖像上的投影。光流與運(yùn)動(dòng)場不一定是一一對應(yīng)的，但一般情況下，可以認(rèn)為光流與運(yùn)動(dòng)場沒有太大區(qū)別，因此就可以根據(jù)圖像運(yùn)動(dòng)來估計(jì)相對運(yùn)動(dòng)。

以上主要針對靜態(tài)背景下，采用背景差方法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測，得到全部場景內(nèi)感興趣區(qū)域中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置。通過固定攝像頭和云臺攝像頭對該區(qū)域圖像的采集，達(dá)到同時(shí)獲得全部場景信息和感興趣區(qū)域內(nèi)目標(biāo)細(xì)節(jié)信息的目的。本章首先對預(yù)處理和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測的常用算法進(jìn)行了介紹。然后針對本文研究的環(huán)境，采用背景差法檢測運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)域，處理過程包括背景差、二值化、投影、計(jì)算重心等步驟。

5 結(jié)束語

在最近十年，智能監(jiān)控領(lǐng)域的快速發(fā)展，使智能視覺監(jiān)控系統(tǒng)成為一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的前沿課題，其應(yīng)用范圍越來越廣，形式越來越多樣化。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對攝像機(jī)采集的視頻信息進(jìn)行處理、分析和理解，旨在賦予監(jiān)控系統(tǒng)觀察分析場景內(nèi)容的能力，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的自動(dòng)化和智能化，因而具有巨大的應(yīng)用前景。