基于圖像自動網(wǎng)絡(luò)報(bào)警的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

袁小玲

（陜西財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽 712000）

基于圖像自動網(wǎng)絡(luò)報(bào)警的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

袁小玲

（陜西財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽 712000）

本文基于圖像處理技術(shù)設(shè)計(jì)自動網(wǎng)絡(luò)報(bào)警軟件系統(tǒng)，即監(jiān)控區(qū)域可通過攝像頭獲取圖像信號，信號可經(jīng)圖像采集卡轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)處理的型號，對所監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行判斷，以查看是否有可疑目標(biāo)闖入所監(jiān)控區(qū)域并決定是否報(bào)警。所設(shè)計(jì)的自動網(wǎng)絡(luò)報(bào)警軟件通過全景拍攝所監(jiān)控區(qū)域，可避免對測量單一采集點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)的噪聲敏感性，最重要是降低了報(bào)警的漏報(bào)率和誤報(bào)率。

自動網(wǎng)絡(luò)報(bào)警；圖像處理技術(shù)；軟件；設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)監(jiān)控報(bào)警會安裝造某特定區(qū)域，一旦所采集到的物理量達(dá)到報(bào)警需求，即刻會想起警報(bào)。雖然反應(yīng)迅速，安裝便利，然而這種裝置會單調(diào)噪聲極為敏感、只適用于小范圍區(qū)域，無法做到防止漏報(bào)和誤報(bào)兩方面兼得。基于圖像的自動網(wǎng)絡(luò)報(bào)警充分利用計(jì)算機(jī)計(jì)算和通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際情況自適應(yīng)調(diào)整，有效提高報(bào)警精度，降低漏報(bào)率和誤報(bào)率。

1 圖像處理技術(shù)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)概述

1.1 圖像處理

圖像處理是通過對圖像信息進(jìn)行加工處理來滿足人的應(yīng)用需求和視覺心理的行為。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，延伸出數(shù)字圖像處理技術(shù)，指利用計(jì)算機(jī)或其他數(shù)字設(shè)備加工和處理圖像信息。目前我國工業(yè)生產(chǎn)、遙感、安全、醫(yī)學(xué)等各個(gè)方面領(lǐng)域都廣泛應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)，其中工業(yè)生產(chǎn)，體現(xiàn)在機(jī)械加工零件表面及自動化測量零件尺寸和應(yīng)力分析彈力學(xué)照片等遙感可用于氣象監(jiān)測、調(diào)查資源、農(nóng)作物估產(chǎn)、環(huán)境污染監(jiān)督、土地測繪等多個(gè)方面領(lǐng)域，雖然技術(shù)已經(jīng)相對成熟，但要解決處理速度慢和數(shù)據(jù)量大等缺點(diǎn)。圖像處理在安全方面，則主要利用識別技術(shù)識別金融銀行支票、腳印及文字等，還可識別交通肇事汽車牌照。在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用利用圖像處理技術(shù)可實(shí)現(xiàn)安全方便、無痛的診斷治療，如CT技術(shù)和超聲等。

1.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視覺是人類接受信息的主要來源，由于其具有生動、直觀和真實(shí)等特點(diǎn)，所以在安全領(lǐng)域中視頻監(jiān)控占據(jù)較大比例。目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)正從數(shù)字系統(tǒng)和數(shù)控模擬系統(tǒng)混合應(yīng)用向數(shù)字系統(tǒng)過渡。首先模擬監(jiān)控系統(tǒng)，攝像機(jī)作為視頻電纜可連接監(jiān)視器，其中包括單片機(jī)控制、計(jì)算機(jī)顯示圖像及人機(jī)界面友好等特點(diǎn)。然而該系統(tǒng)隨著快速發(fā)展的視頻監(jiān)控系統(tǒng)也逐漸暴漏其缺點(diǎn)，如較差的系統(tǒng)擴(kuò)展能力，如果已建好的系統(tǒng)要增加新的監(jiān)控點(diǎn)就要涉及多個(gè)方面，以至于原有的系統(tǒng)不能添加新的設(shè)備。再例如該系統(tǒng)只適合用于小范圍的區(qū)域監(jiān)控，同軸電纜是其主要傳輸工具，模擬視頻信號距離較短。如果出現(xiàn)距離較遠(yuǎn)現(xiàn)象，信號較易出現(xiàn)延時(shí)和衰耗，降低圖像質(zhì)量。其次數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)克服了模擬監(jiān)控的局限性，主要體現(xiàn)在可利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，不需要重新布線，網(wǎng)絡(luò)寬帶可復(fù)用。基本上信號不會受到干擾，傳輸圖像數(shù)據(jù)還可在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)，使圖像穩(wěn)定性和品質(zhì)得到大幅度提升。

2 基于圖像自動網(wǎng)絡(luò)報(bào)警的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 數(shù)字圖像處理

圖像處理系統(tǒng)作為一種處理多個(gè)圖像環(huán)節(jié)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其技術(shù)廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，然而其圖像輸入設(shè)備、存儲設(shè)備中的圖像數(shù)據(jù)庫都類似于控制和執(zhí)行處理與分析計(jì)算機(jī)。數(shù)字圖像處理不同于其他數(shù)據(jù)處理的地方在于其對圖像的顯示和龐大的數(shù)據(jù)處理量。例如在實(shí)施壓縮的情況下，一幀512x512像素的真彩色圖像需要224種顏色數(shù)的真彩色和780KBS的存儲量顯示。因此計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)無論從硬件配置還是軟件環(huán)境都不同于其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所以可以形成單獨(dú)的計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)由以下部分組成：①圖像輸入裝置；隨著數(shù)碼技術(shù)的普及，當(dāng)前可以由數(shù)碼掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、DVD和VCD等播放裝置的USB接口把圖像掃描到計(jì)算機(jī)中，還需附加IEEE1394接口和IEEE1394圖像采集卡。②內(nèi)存；內(nèi)存即存儲圖像，使其可以適時(shí)地在顯示器上顯示出來。通常圖像處理系統(tǒng)會采用8位處理一種色彩，最初多采用512X512像素，和256X256像素。③CPU；即計(jì)算機(jī)核心部位，主要對各種圖像進(jìn)行處理。④圖像存儲部件；個(gè)人計(jì)算機(jī)硬盤可存儲數(shù)字化圖像數(shù)據(jù)，現(xiàn)在也能運(yùn)用掃描儀從書刊或照片中將圖像輸入到計(jì)算機(jī)中或通過存有圖像的光盤下載獲取圖像。⑤顯示器；顯示圖像和命令的窗口。當(dāng)前個(gè)人計(jì)算機(jī)的顯示器可選擇多種表示方式，如色彩，如像素等。

2.2 自動報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

WINDOWS2000系統(tǒng)其高穩(wěn)定性和強(qiáng)大功能使其獲得廣泛應(yīng)用，該平臺較易維護(hù)、升級及開發(fā)程序，其靈活性便于用戶使用。文中所研究的 VissualC++6.0開發(fā)語言源自MICROSOFT公司，是一種基于多種平臺的開發(fā)工具，在程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域中有重要地位。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)初始化系統(tǒng)中，各個(gè)變量在對圖像采集程序進(jìn)行編制時(shí)運(yùn)用圖像采集卡，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)圖像采集。之后的圖像采集、輸入過程中，噪聲因素會影響圖像質(zhì)量，因此要預(yù)處理所采集的圖像。可運(yùn)用運(yùn)動目標(biāo)檢測算法對監(jiān)控區(qū)域及預(yù)處理后的預(yù)想進(jìn)行檢測，以此查看是否有人闖入監(jiān)控區(qū)域范圍中，系統(tǒng)會在有人時(shí)發(fā)出警報(bào)，無人闖入則對下一幀圖像進(jìn)行采集。

圖1 自動報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)圖

3 基于圖像自動網(wǎng)絡(luò)報(bào)警的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 視頻處理

IPL可以在develpper.intel.com上下載解壓文件ipl.exe，其 中 共 有 opencv_core_bl_5.zip，opencv_apps_bl_5.zip 及opencv_calib_toolbox_bl_3.zip 3個(gè) Winzip壓縮文件。在opencv_apps_bl_5.zip中有源代碼，還有一個(gè)工程文件“LKDemo為本文研究系統(tǒng)所用，只在其基礎(chǔ)上添加自己的代碼即可。其中有一個(gè)重要的類Ccamera在工程文件LKDemo中，類似“照相機(jī)”工具，是完成視頻捕捉、創(chuàng)建和初始化視頻窗口的基礎(chǔ)工作。視頻圖像的原始數(shù)據(jù)是開發(fā)者的重點(diǎn)，一個(gè)屬于Cimage類的GetFrame（）成員函數(shù)的作用就是獲得當(dāng)前所捕獲窗口。在Cimage類中包含圖像信息及處理，除了有圖像的載入、長、寬、存儲等，還有m-img變量，可以說圖像的所有參數(shù)都在此結(jié)構(gòu)體中。

3.2 智能識別目標(biāo)

采集視頻圖像后就要判別監(jiān)控區(qū)域圖像是否有異常現(xiàn)象，圖2為程序流程圖。

圖2 程序流程圖

首先差值圖像；要通過灰度化處理視頻圖像后再對兩幀圖像對應(yīng)像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行直接比較，每隔一定時(shí)間就刷新一次參考圖像。

其次語義推斷過程；由于燈光、火焰等亮度要高于人體亮度，尤其平均灰度具有一定的穩(wěn)健性，因此可對出差值圖像中區(qū)域的平均灰度進(jìn)行計(jì)算，之后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)闕值將其分為兩個(gè)模塊處理，分別為火焰識別模塊和非法入侵對象識別，目的在于排除因光照因素帶來的誤報(bào)影響。在各種圖像處理技術(shù)中占據(jù)重要影響因素的就是光照，該因素也較難處理。本文所研究系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況得知，部分緩慢變化的光照其參考圖像的差值圖像所得到的區(qū)域平均灰度較低且可以排除掉。對于突然變化的如閃電和燈光等光照，這種情況類似于火焰，因此可以將其放入到火焰中再做處理。通常語義推斷過程的實(shí)現(xiàn)形式為謂詞邏輯結(jié)合產(chǎn)生式規(guī)則，其中規(guī)則有以下幾點(diǎn)：①IF差值圖像區(qū)域平均差值≤闕值T2，THEN進(jìn)入非法入侵物體對模塊進(jìn)行識別；②IF差值圖像區(qū)域平均差值≤闕值T1，滿足當(dāng)前監(jiān)控區(qū)域無異常。

第三處理目標(biāo)模塊；進(jìn)入模塊后需進(jìn)一步進(jìn)行處理，要利用物體模板二值化處理差值圖像，目的在于檢測圖像中有無異常。將物體從背景中分離出后還需求出物體的拓?fù)浜蛶缀翁卣鳎阌谶M(jìn)一步?jīng)Q策。由于本文所研究系統(tǒng)對快速性和實(shí)時(shí)性有要求，若利用膨脹劑算法出二值圖像每個(gè)區(qū)域的面積，除了需要較大的堆棧，速度也不理想。往往在區(qū)域比較大時(shí)會出現(xiàn)堆棧不夠用的現(xiàn)象。由此一來，通過尺度濾波器處理后再對差值圖像中的個(gè)數(shù)的總面積進(jìn)行計(jì)算，就可處理上述問題。

3.3 客戶端與服務(wù)器端之間的通信

服務(wù)器主要利用Winsdows Sockets和用戶實(shí)現(xiàn)通信，連接套接字時(shí)采用的是Csocket類，大部分客戶端需要往服務(wù)器發(fā)送監(jiān)控圖像，因此其文件結(jié)構(gòu)定義有幾下幾種：

最后創(chuàng)建服務(wù)器套接字；服務(wù)器應(yīng)用程序中作為一個(gè)Internet服務(wù)器應(yīng)用程序通過IP地址聯(lián)系客戶端，能連接多個(gè)防火防盜客戶端應(yīng)用程序。圖3為該應(yīng)用程序運(yùn)行界面。服務(wù)器和客戶之間的通信處理方式較為相似，唯一不同的，服務(wù)器必須對多個(gè)來自客戶端的連接請求進(jìn)行處理，要接收所連接的各個(gè)客戶端所發(fā)送的報(bào)警圖像并保存下來。所以在運(yùn)行期間，服務(wù)器保持一個(gè)套接字來監(jiān)聽來自客戶端的連接請求，一旦有新的客戶發(fā)出連接請求時(shí)要?jiǎng)?chuàng)建全新的套接字與該客戶保持連接并將其添加到指針鏈表中。因此服務(wù)器應(yīng)用程序要派出兩個(gè)套接字類，一個(gè)用于管理連接，另一個(gè)用于管理監(jiān)聽。服務(wù)器應(yīng)用程序的運(yùn)行界面狀態(tài)欄會在發(fā)生報(bào)警時(shí)顯示報(bào)警時(shí)間和具體來源。

圖3 應(yīng)用程序運(yùn)行界面

4 結(jié)束語

綜上所述，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)報(bào)警在我國還屬于新型發(fā)展項(xiàng)目，主要因?yàn)樵诋?dāng)前帶寬條件下實(shí)時(shí)傳輸大量圖像較為困難，需對圖像進(jìn)行壓縮后才能連續(xù)動態(tài)播放圖像。本文所研究的軟件系統(tǒng)在未來應(yīng)用中可做進(jìn)一步完善，尤其隨著我國科技能力的增長，還能加入跟蹤運(yùn)動目標(biāo)及自動檢測等，因此對自動網(wǎng)絡(luò)報(bào)警的改進(jìn)仍然是科研的重點(diǎn)。

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Automatic image-based network alarm software system design

YUAN Xiao-ling
（Shaanxi Vocational College of Finance and Economics，Xianyang 712000，China）

Based on the image processing technology designed to automatically network alarm software systems that monitor the area can get an image signal through the camera，and then by the frame grabber converts the signal into a type of computer that can be processed，and finally by the judge whether the monitored region into suspicious targets，and decide whether the police.The design of automatic network alarm monitoring software panorama shooting area，to avoid noise when measuring the sensitivity of a single collection point，the most important is to reduce the false negative rate and false alarm rate.

automatic network alarm；image processing technology；software；design

TN0

A

1674－6236（2016）18-0135-03

2015-03-23 稿件編號：201503313

袁小玲（1980—），女，陜西西安人，碩士，講師。研究方向：計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用。