本科毕业设计论文
实验室智能监控系统设计
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[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Windows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。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:
⑴ 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。
⑵ 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
⑶ 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;通过软、硬件多重密码权限认证,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,