1、 浙江科技学院本科毕业设计（论文）1本科毕业设计论文实验室智能监控系统设计浙江科技学院本科毕业设计（论文）2第一章 绪论1.1 引言随着计算机技术、通信技术、图象处理技术的不断发展，视觉监控系统已经逐渐成为一种重要的安全防范手段。运动目标检测与跟踪是视觉监控的主要组成部分。视觉监控通过运动检测得到图像中的运动信息，提取图像中的运动目标，然后对目标运动轨迹进行跟踪。视频监控是信息融合系统研究的一个重要课题，由于其在军事和民用领域已经展现出有效与广阔的理论和应用前景，而备受国内外学者和众多实际工程领域专家的高度关注。随着安全敏感场合(如银行、机场等 ) 对智能监控系统的需求 ,非接触式远距离的身份
2、识别技术近来倍受关注。例如, 美国 DARPA 2000 年重大项目- - - - HID 计划,它的任务就是开发多模态视觉监控技术以实现远距离情况下人的检测、分类和识别, 从而增强免受恐怖袭击的自动保护能力，这也大大促使多目标跟踪和检测的工作也得到国内外的广泛关注和研究。随着科学的发展,视频监控系统也得到越来越广泛的应用。 智能视频监控系统用摄像机获取图像并且用计算机对获取的图像进行处理获取运动目标。 当有异常情况发生时,发出预警提醒监控人员,同时启动录像功能,对异常现场进行录制保存。 这样既节省人力又能构节省大量的存储空间。 运动检测也就越来越成为智能监视系统的核心。在运动检测中运用的关键
3、技术有图像数据读取、图像的中值滤波、图像灰度化、图像梯度的获取、图像特征区域的确定、两幅图像的匹配、图像二值化、图像细化、图像去离散点的操作、物体的区域定位、物体中心点的取得，最后再从图片中得到物体运动轨迹 2。本运动检测系统是为了实现对一系列图片中运动物体的跟踪而设计的，它通过对一系列图片的处理，提取出图片背景，识别出运动物体，进而对运动物体进行跟踪，得到物体运动的轨迹。本文主要阐述了什么是数字图像处理、数字图像处理的基本要求、数字图像处理的实践及开发工具的特点、功能、开发周期等问题。以及采用 VC+作为开发工具，以Windows 作为图像处理实施操作的运行平台，制作了数字图像运动检测系统
4、1。近年来，由于计算机技术的迅猛发展，使得图像处理得以广泛应用于众多科学与工程领域。几个新的技术发展趋势将进一步刺激此领域的发展：包括由低价位微处理器支持的并行处理技术；用于图像数字化的低成本的电荷耦合器件（CCD） ；用于大容量、低成本存储阵列的新的存储技术；以及低成本、高分辨率的彩色显示系统。另一个推动力来自稳定涌现出的新的应用。首先，视觉是人类最重要的感知手段，图像又是视觉的基础。因此浙江科技学院本科毕业设计（论文）3数字图像成为心理学、生物学、计算机科学等诸多方面的学者研究视觉感知的有效工具。其次，数字图像处理在军事、遥感、工业图像处理等大型应用中也有不断增长的需要。基于 Window
5、s 和 MFC 编程上的运动检测，是为了实现对一系列图片中运动物体的跟踪而设计的，通过对一系列图片的处理，提取出图片背景，识别出运动物体，进而对运动物体进行跟踪，得到物体运动的轨迹。应用关键技术有图像数据读取、图像的中值滤波、图像灰度化、图像梯度的获取、图像特征区域的确定、两幅图像的匹配、图像二值化、图像细化、图像去离散点的操作、物体的区域定位、物体中心点的取得等。其中有些是图像处理中经常用到的一些处理方法，有些是为了运动检测特别采用的方法。运动判定的软件流程主要由 3 个软件模块组成：背景提取模块、物体定位模块和物体运动轨迹判定模块。其中背景提取模块完成从几张图片中提取出当前整个背景的功能。
6、物体定位模块是在背景提取的基础上，实现运动物体在图片中大致位置的确定。运动轨迹判定则是在物体定位的基础上得到物体运动路线，并把它显示出来。运动检测技术既可以单独使用，比如对电影中截取的一系列图片进行分析，得到某个运动物体的运行路线，也可以作为一个监视系统的软件核心，应用到办公室、走廊等地的监视系统中。正因为图像有着如此多的应用，如此与我们的工作和生活方式息息相关，所以本设计旨在应用数字图像处理技术，以 VC+作为开发工具，以 Windows 作为图像处理实施操作的运行平台，从而进一步加深对数字图像处理这一技术的运用，并且进一步推广这项技术。由于本系统可以单独使用，所以可以作为一个监控系统的软件
7、核心，应用到银行、宾馆、超市以及珠宝行中，其监控范围可以小到办公室乃至走廊中。还可以对电影中截取的一系列图片进行分析，得到想要的物体的运动轨迹。随着计算机技术的迅猛发展，图像处理与我们的工作和生活方式息息相关，这门边缘技术将得到更为广泛的应用。1.2 视频监控的概述1.2.1 视频监控的发展史:视频监控的发展史:视频监控系统的发展大致经历了 3 个阶段:在 20 世纪 90 年代初以前,主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统,称为第一代模拟监控系统。20 世纪 90 年代中期,随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展,人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理,利用显示器的高分辨率实
8、现图像的多画面显示,从而大大提高了图像质量。这种基于 PC 的多媒体主控台系统称为第二代数字化本地视频监浙江科技学院本科毕业设计（论文）4控系统。20 世纪 90 年代末,随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高,以及各种实用视频处理技术的出现,视频监控步入了全数字化的网络时代,称为第三代远程视频监控系统。第三代视频监控系统以网络为依托,以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心,以智能实用的图像分析为特色。该实验系统采用的就是全数字化的第三代远程视频监控系统。1.2.2 视频监控的组成部分:视频监控主要由三部分组成：如(图 1-1)所示,其系统由前端图像采集压缩部分、网络传输部分和后端
9、控制处理部分组成。图 1-2-1:视频监控主要组成部分(1) 前端图像采集压缩部分 :含摄像机、视频服务器、PC 式 DVR 或嵌入式 DVR。摄像机一般由镜头、图像传感器、A/D 转换器、控制器、网络服务器、外部报警、控制接口等组成。内置高效率的压缩芯片,对采集到的信号进行数字化压缩,传送到 WEB 服务器上。它与一般摄像机区别在于,具备了通过网络实现远程监控、存储、分析等功能,动态驱动监控成为可能。视频服务器是音视频数据编码、网络传输处理的设备。它可以使模拟摄像机轻松入网,弥合了模拟与数字监控之间不可兼容、不可逾越的鸿沟。网络 DVR 是集网络监视、远程存储、本地录像事件处理为一体的以监控
10、为主导功能的设备。细分包括动/静态 IP 访问、远程音/视频实时观看、远程主机控制、访问权限控制、远程刻录像回放和备份等,目前,嵌浙江科技学院本科毕业设计（论文）5入式 DVR 已成为应用主流。(2) 网络传输部分:主要是各种电信数据传输设备,如 ADSL、局域网、DDN 专线 2M 口或 10M 口等。(3) 后端控制和处理部分 :主要是管理平台软件、控制服务器、存储服务器、视频转发服务器等。而整个系统的主要功能及一些增值服务是由管理平台软件来实现的,所以软件的功能至关重要。尤其像平安城市建设这样的大工程,动辄上千个点,甚至上万个点,跨地域大容量联网视频监控系统对后台软件支撑平台提出了更高的
11、要求。如何实现可运营、可维护、可管理的大容量分级管理系统成为当前最具挑战性的问题。1.2.3 视频监控的效果: 实时清晰可以提供全天候不间断的实时音视频传递;支持大量用户同时访问监控热点; 提供单画面和多画面音视频;满足基于互联网或者专线的随时随地进行监控查看、录像回放等。 按需布控、方便灵活有网络的地方就可以布控。它可以依托无处不在的电信网络,通过有线/无线、光纤/ 铜缆等多种接入方式,实现监控点的设置。可以根据实际需要增加、调整布控点的数量及位置。还可以根据需要增加功能模块,满足应用需求。图 1-2-2：视频监控的模式 安全可靠系统动态感知设备工作状态,实时判断降低故障检测环节和时间;通过
12、软、硬件多重密码浙江科技学院本科毕业设计（论文）6权限认证,杜绝非授权者访问;安全稳定的操作系统,减少程序后门; 平台基于 LINUX 操作系统,支持大容量用户的商用数据库开发,保证大量用户的可靠访问连接。 整合资源:基于 TCP/IP 网络构建 ,依托 Intenet、VPN 及用户原有网络传输,降低组网成本; 用户原有模拟或数字监控前端采集设备可以继续使用,避免资源浪费;网络视频监控系统平台软件统一升级,保持先进性、可靠性和稳定性,节约维护成本。1.3 视频监控的研究现状1.3.1 视频监控的发展现状经历过“911”恐怖袭击事件后,安全问题被各国政府提上重要日程。近几年,随着各国社会对安防
13、的重视,视频监控业务取得了长足的发展。尤其是我国在党中央高度重视和谐社会建设的大好环境下,视频监控迎来了千载难逢的发展机遇,发展更为迅猛, 目前我国的视频监控市场已经规模启动,这项业务的发展前景不可估量。(1) 行业用户市场快速扩张2008 年北京奥运会举办在即,2010 年上海世博会也相距不远,赛事经济、贸易的热潮促使国家相继出台了“平安城市” 、 “3111 工程”等国家级项目,并对银行、文化博览、娱乐场所提出安全防范法规,城市网络视频监控系统将以公安系统为核心,各级公安系统与受其监督管理的单位、机构之间将形成一套完整的视频监控网络。这些都为下一步产业市场打开了无限的想象空间和商机。“平安
14、城市”是 20062007 年电子政务建设中的重点业务系统,在“平安城市”的建设中,其核心是城市报警与监控系统,城市报警与监控系统建设也是社会治安防控体系的重要组成部分。公安部 2004 年在全国范围内确定了 22 个城市作为首批科技强警示范城市。2005年确定中西部地区的 15 个城市和江苏、浙江、山东、广东四省的 23 个城市作为第二批示范城市。2007 至 2008 年,则为第三批示范城市建设的时期,预计到 2008 年,科技强警示范城市将达到 180 个。“平安城市”的建设促进了视频监控市场的迅速增长,预计到 2008 年,全国约有 200 万个监控摄像头用于城市监控与报警系统。(2)
15、 个人用户市场巨大潜能亟待开发目前国外视频监控业务主要应用在公共领域、行业用户和个人用户。在公共场所,国外设置了众多监控设备,以加强对公共领域安全的控制能力。另外,在交通、银行、大型连锁超浙江科技学院本科毕业设计（论文）7市、居民住宅等领域都已经得到了广泛应用。在美、英等国,个人使用视频监控主要是应用于住宅的安全防范和财产的监控。从国外的视频监控市场可以看出,个人用户同样是视频监控的重要客户,而我国的视频监控业务主要还集中在行业用户上,在个人用户方面有很大的发展潜力。专家分析,目前我国个人用户市场的视频监控业务还不成熟,还处在培育阶段。由于长期历史观念以及国内治安状况的影响,我国居民还没有普遍
16、形成使用安全防范系统保护自己的观念,致使我国的安防产业一直没有形成规模,产业链没有完全形成。当然,我们不能忽视一个重要的因素是安防系统对家庭用户来说价格仍然昂贵。随着终端系统价格的下降以及运营商对市场的培育加大,用户会更主动地应用家庭监控业务。目前,我国宽带用户数已经达到了 6559 万户,增长迅猛,哪怕提高几个百分点的渗透率,运营商的视频监控业务收入也会相当可观。未来,视频监控业务在个人用户市场的潜力将不会逊色于行业用户市场。图 1-3-1 全球眼 图 1-3-2 新视界1.3.2 视频监控常见的故障分析:(1) 在监视器的画面上出现一条黑杠或白杠,并且向上或向下慢慢移动在分析这类故障现象时
17、,首先要分清是电源的问题还是地环路的问题,一种简易的方法是,在控制主机上,就近只接一台电源没有问题的摄像机的输出信号,如果在监视器上没有出现上述的干扰现象,则说明控制主机无问题;接下来可用一台便携式监视器就近接在前端摄像机的视频输出端,并逐个检查每台摄像机,如有问题,则进行处理,如没有问题,则可判断,干扰是同地环路等其它原因造成的(2) 监视器上出现木纹状的干扰这种干扰的出现,轻微时不会淹没正常困难,而严重时图像就无法观看了(甚至破坏同步).浙江科技学院本科毕业设计（论文）8这种故障现象产生的原因较多,也较复杂,大致有如下几种原因:视频传输线的质量不好,特别是屏蔽性能差,视频线的线电阻过大,造
18、成信号产生较大衰减也是加重故障的原因,若确定是电缆质量问题,最好的办法是将质量不好的电缆全部换掉,换成符合要求的电缆,这是彻底解决问题的办法由于供电系统的电源不”洁净”而引起的.这里所指的电源不”洁净”, 是指在正常的电源上叠加有干扰信号,尤其在广播发射台这样的电磁环境下,这种情况经常出现,该情况的解决方法比较简单,只要对整个系统采用净化电源或在在线式 UPS 供电就基本上可使问题得到解决由于视频电缆线的芯线与屏蔽网短路,断路造成的故障.(3) 其它故障 数字硬盘录像机故障:检测不到硬盘.首先检查是否为硬盘故障,该硬盘是否损坏,再检查硬盘路线,IDE 数据线,电源线是否接好.录像时录像指示灯一
19、会亮一会儿灭,检查外部视频输入,如果视频信号不标准,往往会产生该现象,在确认视频信号好的情况下,可能是由于硬盘读取速度太慢而引起,请更换当前工作硬盘遥控器无法控制主机,但前面板按键可以控制,此类故障是因为前面板上无法接收到遥控器信号,请更换前面板测试;也可能是遥控器电池电量不足,更换电池即可 操作键盘和光端机故障操作键盘失灵:这种现象在检查连线无问题时 ,基本上可确定为操作键盘”死机”造成的,键盘的操作使用说明上,一般都有解决”死机”的方法,例如”整机复位”等方式,光端机无法正常工作:光端机故障可通过指示灯快速判断 .一般检查供电电压是否正常;光缆线路是否完好;光纤跳线连接是否损坏 ;光纤跳线
20、接头是否保持清洁 ,否则引入衰耗,影响光信号有效传输距离1.3.3 视频监控的产业链发展视频监控市场的发展将为产业链上的企业带来重要的发展机遇。视频监控的产业链主要参与者包括芯片厂商、设备制造商、软件提供商、系统集成商、电信运营商以及终端用户。视频监控中用到的芯片主要包括用于摄像机中捕捉图像信息并进行光电转换的芯片，图像传感器，还有用于数字硬盘刻录机、视频服务器和网络视频摄像机中视频压缩的芯片。浙江科技学院本科毕业设计（论文）9视频监控系统用到的设备主要有模拟摄像机、数字硬盘刻录机、视频服务器、网络摄像机、监视器以及云台、线缆等。软件主要包括系统软件和视频管理软件等。系统集成商则提供完整的软硬
21、件视频监控解决方案。2006 年开始，电信运营商也进入视频监控领域。中国电信和中国网通分别推出了“全球眼”和“宽视界”的视频监控业务，主要面向中小企业客户。图 1-4:视频监控产业链1.3.4 总体发展趋势可以预见到的是,在网络监控市场未来的发展过程中,模数结合、DVR、编解码器/IP 网络摄像等产品形态在不同细分市场将长期共存,但视频监控全 IP 化乃至所有监控全 IP 化大势所趋,无法阻挡。采用标准、简洁的架构实现网络监控是所有厂商共同的目标。编解码器及 IP 网络摄像机和系统平台的结合完全可以取代 DVR 加系统平台,是两种相互替代的技术路线,参照国际监控厂商的发展历程和 IP 应用发展
22、规律,编解码器/IP 网络摄像机及其系统平台将最终成为主流网络视频监控产品形态。应此,未来发展系列化的编解码器或 IP 网络摄像机产品,不断完善整个管理平台,不断整合网络、存储和其它视频智能方面的第三方增值软件,通过产品组合营销形成各种强竞争力的解决方案是网络监控的发展之道。浙江科技学院本科毕业设计（论文）10第二章 图像的处理2.1 图像处理的技术所谓“图像处理” 就是对一个物体的数字表示施加一系列的操作，以得到所期望的结果。处理的过程中能改变图片的样子使其更称心或更具吸引力，或者达到某种预定的目标。图像处理离不开计算机，因此又称计算机图像处理 3。数字图像处理有很多优点。主要有： 1.精度
23、高：不管是对 4bit 还是 8bit 和其他比特图像的处理，对计算机来说几乎是一样的。 2.再现性好：不管是什么图像，它们均用数组或集合表示。3.通用性、灵活性高：不管是图像还是 X 线照片、红外热成像、超声波图像等不可见光成像，尽管这些图像成像体系中的设备规模和精度各不相同，但当把图像信号直接进行 A/D 变换，或记录成照片再数字化，对于计算机来说都能用二维数组表示，不管什么样的图像都可以用同样的方法进行处理，这就是计算机处理的通用性。本设计涉及的主要数字图像处理技术有以下内容：图像分析和特征提取：图像分析可看作是一个描述过程，主要研究用自动或半自动装置和系统，从图像中提取有用的测度、数据
24、或信息，生成非图像的描述或者表示。常常依靠某种知识来说明景物中物体与物体、物体与背景之间的关系。图像分析的内容分为特征提取、符号描述、目标检测、景物匹配和识别等几个部分。图像特征是指图像场中可用作标志的属性，其中有些是视觉直接感受到的自然特征，如区域的亮度、彩色、纹理或轮廓等等。有些是需要通过变换或测量才可得到的认为特征，如各种变换频谱、直方图、矩等。图像特征提取就是从图像中提取出某些可能涉及到高层语义信息的图像特征，以进行后续分析。图像匹配：简单的说就是根据图像的某些区域或者特征。在另一幅图像中找到对应的区域或者特征。具体实现方法为：先把两个图像的特征区域的中心点对齐，然后根据两个中心点在各自图像中的偏差，来确定要比较的像素。接着处理那些要进行比较的像素，得到它们的差值的绝对值，观察它的大小，如果绝对值非常大，说明两幅图像的差异很大，就认为不能匹配，否则就认为匹配成功。图像分割：人能方便从一幅图像中找出感兴趣的物体或区域，而要让计算机做到这一点却需要给它以客观测度，使之按照、颜色或几何性质等把一些物体或区域加以分离，这称之为图像分割 2。 2.2 图像处理的基本要求
