基于RFID的智能視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)

許創(chuàng)強(qiáng)，林澤敏

（韓山師范學(xué)院，潮州　521041）

基于RFID的智能視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)

許創(chuàng)強(qiáng)，林澤敏

（韓山師范學(xué)院，潮州521041）

1　研究新型視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的意義

視頻監(jiān)控，即人們通過(guò)攝像頭對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，并能夠?qū)ΡO(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行采集，保存以及處理。主要用于防止犯罪事件產(chǎn)生和記錄犯罪事件證據(jù)，是很多場(chǎng)所保障其安全性的基礎(chǔ)。現(xiàn)在大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)都是實(shí)時(shí)記錄，如果監(jiān)控范圍內(nèi)有發(fā)生物體動(dòng)作，那也需要旁邊有人，才會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。這樣一來(lái)，其安全性就表現(xiàn)出了不足，而且，實(shí)時(shí)記錄也需要很大的硬盤(pán)存儲(chǔ)容量。隨著人們對(duì)自身和財(cái)產(chǎn)的安全需求也不斷的提高，傳統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)在安全性和智能性等方面逐漸顯示了其不足，因此研究新型的監(jiān)控技術(shù)成為一個(gè)必然的趨勢(shì)。

本系統(tǒng)主要分為RFID硬件模塊，PC應(yīng)用軟件和高清攝像頭三部分。使用數(shù)據(jù)線(xiàn)將RFID硬件模塊與電腦連接，PC應(yīng)用軟件用于調(diào)用高清攝像頭與接收硬件模塊傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，對(duì)監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行處理和分析，并且產(chǎn)生相應(yīng)報(bào)警處理。與傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)相比，本文存在以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

（1）安全性：監(jiān)控線(xiàn)程啟動(dòng)后，系統(tǒng)對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，分析監(jiān)控畫(huà)面中的人或物體動(dòng)作幅度，如果監(jiān)控見(jiàn)面異常閾值超過(guò)用戶(hù)所設(shè)定，則觸發(fā)報(bào)警處理線(xiàn)程，通過(guò)多線(xiàn)程分別執(zhí)行多個(gè)報(bào)警功能，播放聲音、自動(dòng)記錄監(jiān)控畫(huà)面、通過(guò)Socket遠(yuǎn)程傳送監(jiān)控畫(huà)面、保存觸發(fā)報(bào)警畫(huà)面并通過(guò)郵件附件形式發(fā)送指定帳號(hào)。

（2）智能性：結(jié)合RFID技術(shù)，通過(guò)RFID技術(shù)能對(duì)攜帶RFID電子標(biāo)簽的監(jiān)控目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別并讀出相應(yīng)的信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)控目標(biāo)身份進(jìn)行識(shí)別。

（3）SSIM（Structure SIMilarity:結(jié)構(gòu)相似度）算法：通過(guò)MATLAB實(shí)現(xiàn)改進(jìn)SSIM算法，通過(guò)場(chǎng)景亮度，對(duì)比度和結(jié)構(gòu)分析監(jiān)控目標(biāo)的動(dòng)作幅度。根據(jù)分析結(jié)果產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警，并自動(dòng)記錄，節(jié)省了磁盤(pán)的存儲(chǔ)空間。

2　基于RFID視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文提出視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)是建立在一個(gè)C# Winform程序基礎(chǔ)上，程序可通過(guò)調(diào)用API函數(shù)調(diào)用監(jiān)控?cái)z像頭。該系統(tǒng)分為監(jiān)控模塊，報(bào)警處理模塊，系統(tǒng)設(shè)置模塊。監(jiān)控模塊啟動(dòng)監(jiān)控線(xiàn)程后，系統(tǒng)調(diào)用攝像頭對(duì)一定范圍進(jìn)行監(jiān)控，并且應(yīng)用SSIM算法對(duì)監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行分析，得到監(jiān)控畫(huà)面的改變幅度大小。PC端通過(guò)USB口連接RFID閱讀器，監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)串口讀取閱讀器發(fā)送電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)定好的通信協(xié)議和編碼解析出監(jiān)控畫(huà)面內(nèi)目標(biāo)所攜帶電子標(biāo)簽的信息，從而得到監(jiān)控目標(biāo)的身份。報(bào)警處理模塊根據(jù)監(jiān)控模塊的結(jié)果判斷是否執(zhí)行報(bào)警線(xiàn)程。系統(tǒng)設(shè)置模塊主要對(duì)監(jiān)控參數(shù)、遠(yuǎn)程主機(jī)地址及端口、RFID通信協(xié)議等參數(shù)的設(shè)置。

系統(tǒng)工作流程設(shè)計(jì)如下：

（1）將RFID硬件模塊與電腦通過(guò)U轉(zhuǎn)串?dāng)?shù)據(jù)線(xiàn)進(jìn)行連接，并確定電子標(biāo)簽與閱讀器之間能進(jìn)行通信。

（2）軟件系統(tǒng)的監(jiān)控端調(diào)用高清攝像頭，顯示監(jiān)控畫(huà)面，但并不進(jìn)行采集和保存。

（3）將RFID模塊與應(yīng)用軟件系統(tǒng)建立連接，確認(rèn)能通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

（4）軟件系統(tǒng)的遠(yuǎn)程端和監(jiān)控端，確認(rèn)能實(shí)現(xiàn)Socket通信。

（5）如果監(jiān)控畫(huà)面發(fā)生異常，系統(tǒng)軟件必須調(diào)用由MATLAB編譯生成的實(shí)現(xiàn)改進(jìn)SSIM算法的DLL，或者調(diào)用C#封裝的對(duì)比RGB方法進(jìn)行分析，并同時(shí)分析硬件模塊傳來(lái)的數(shù)據(jù)，得出結(jié)果，根據(jù)用戶(hù)設(shè)定模式進(jìn)行報(bào)警處理。

圖1為系統(tǒng)的工作流程圖。

圖1　系統(tǒng)的工作流程圖

在本文研究中所用到的是DSM-300模塊，是專(zhuān)用于RFID的識(shí)別和編程。工作在2.4GHz-2.5GHz微波段，模塊內(nèi)置天線(xiàn)，應(yīng)答器為有源電子標(biāo)簽。最大識(shí)別范圍8米。RFID模塊通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)連接。

模塊正常工作時(shí)發(fā)給軟件系統(tǒng)的一次完整數(shù)據(jù)格式如表1所示。

表1　數(shù)據(jù)編碼格式

SSIM是一種分析兩副圖像相似度的算法，分析原理主要從亮度、對(duì)比度和圖像中物體的結(jié)構(gòu)三個(gè)方面進(jìn)行衡量。

在對(duì)比分析軟件系統(tǒng)提供的兩張圖像時(shí)，首先圖像中物體結(jié)構(gòu)信息不應(yīng)該受到亮度的影響，因此在計(jì)算結(jié)構(gòu)信息時(shí)需要減去亮度信息，即需要減掉圖像的均值，其次結(jié)構(gòu)信息不應(yīng)該受到圖像對(duì)比度的影響，因此計(jì)算結(jié)構(gòu)信息時(shí)需要?dú)w一化圖像的方差，最后我們就可以對(duì)圖像求取結(jié)構(gòu)信息了，通常我們可以簡(jiǎn)單地計(jì)算一下這兩幅處理后的圖像的相關(guān)系數(shù)，然而要得出兩張圖片的相異程度，也要考慮亮度信息和對(duì)比度信息的影響。因此在最后返回兩張圖像相似度時(shí)，要通過(guò)對(duì)亮度比較結(jié)果、對(duì)比度比較結(jié)果以及結(jié)構(gòu)信息比較結(jié)果進(jìn)行綜合的計(jì)算。其工作流程圖如圖2所示。

圖3

算方法如下：

其中為圖像x，y的協(xié)方差。

C1，C2，C3用保證返回結(jié)果的穩(wěn)定性，通常C1= （K1*L）2，C2=（K2*L）2，C3=C2/2，K1＜＜1，K2＜＜1，L為像素的最大值，并由用戶(hù)在軟件系統(tǒng)中設(shè)定，將設(shè)定值傳給SSIM算法，用來(lái)定義分析監(jiān)控畫(huà)面時(shí)的靈敏度。

軟件系統(tǒng)分為兩部分，監(jiān)控端和遠(yuǎn)程端，調(diào)用攝像頭，讀取RFID數(shù)據(jù)產(chǎn)生報(bào)警等工作是在監(jiān)控端完成，而遠(yuǎn)程端是監(jiān)控端產(chǎn)生遠(yuǎn)程傳輸報(bào)警時(shí)所用到的遠(yuǎn)程主機(jī)，用于接收監(jiān)控傳輸過(guò)來(lái)的畫(huà)面。通過(guò)這服務(wù)端（遠(yuǎn)程）和客戶(hù)端（監(jiān)控端）可實(shí)現(xiàn)不在監(jiān)控線(xiàn)程卻能看到監(jiān)控畫(huà)面。

（1）軟件系統(tǒng)工作流程

監(jiān)控端負(fù)責(zé)調(diào)用 Avicap32.dll打開(kāi)攝像頭，與DSM-300模塊建立通信協(xié)議，當(dāng)監(jiān)控線(xiàn)程工作后會(huì)啟動(dòng)RFID監(jiān)測(cè)線(xiàn)程，用來(lái)記錄RFID電子標(biāo)簽進(jìn)場(chǎng)和離場(chǎng)記錄，并自動(dòng)保存，可供查看任意時(shí)段的記錄情況。同時(shí)，接收該模塊RFID閱讀器所讀到應(yīng)答器的數(shù)據(jù)。接收到數(shù)據(jù)后結(jié)合攝像頭的監(jiān)控工作模式產(chǎn)生的報(bào)警進(jìn)行相應(yīng)的處理。其中一個(gè)報(bào)警處理的功能是遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控畫(huà)面，所以就需要另一個(gè)應(yīng)用軟件來(lái)接收監(jiān)控端傳輸?shù)漠?huà)面——遠(yuǎn)程端。

軟件工作流程圖如圖3所示。

（2）軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

本設(shè)計(jì)中應(yīng)用軟件為C#Winform程序。包含兩部分，即兩個(gè)軟件，一個(gè)是監(jiān)控端（主程序），另一個(gè)是遠(yuǎn)程端（用來(lái)顯示監(jiān)控端發(fā)來(lái)的畫(huà)面）。

監(jiān)控端：主要是通過(guò)利用Avicap.dll調(diào)用攝像頭，將攝像頭的監(jiān)控畫(huà)面顯示到一個(gè)PictureBox，當(dāng)點(diǎn)擊啟動(dòng)監(jiān)控線(xiàn)程時(shí)，通過(guò)調(diào)用SSIM算法或封裝的RGB對(duì)比方法等多種模式達(dá)到識(shí)別攝像頭視線(xiàn)內(nèi)是否有人或物闖入。主要識(shí)別原理是在100ms內(nèi)截取兩張圖像。計(jì)算兩張圖像結(jié)構(gòu)相似度或像素點(diǎn)RGB的差異值。根據(jù)返回來(lái)個(gè)值可判定兩張圖片的差異程度。當(dāng)返回的值與用戶(hù)設(shè)定的閾值比較，超出閾值說(shuō)明監(jiān)控畫(huà)面發(fā)生變化，則定義為監(jiān)控監(jiān)控范圍內(nèi)有物體發(fā)生動(dòng)作，即達(dá)到了報(bào)警條件，當(dāng)達(dá)到此條件時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)是否收到RFID模塊傳來(lái)的數(shù)據(jù)，因?yàn)樵趩?dòng)監(jiān)控線(xiàn)程后同時(shí)也啟動(dòng)了RFID監(jiān)測(cè)線(xiàn)程，如果檢測(cè)到模塊有傳來(lái)數(shù)據(jù)，則再開(kāi)線(xiàn)程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和校驗(yàn)，并記錄進(jìn)場(chǎng)和離場(chǎng)情況。如果檢測(cè)到數(shù)據(jù)為特定的電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)，則不啟動(dòng)報(bào)警，否則，啟動(dòng)報(bào)警線(xiàn)程，根據(jù)用戶(hù)的設(shè)定發(fā)生報(bào)警處理方式。處理方式包括：郵件提醒，自動(dòng)拍照，聲音報(bào)警和遠(yuǎn)程傳送當(dāng)前畫(huà)面。

遠(yuǎn)程端：進(jìn)入遠(yuǎn)程端需要通過(guò)密碼登錄，進(jìn)入后通過(guò)一個(gè)按鈕來(lái)啟動(dòng)監(jiān)聽(tīng)線(xiàn)程，在監(jiān)聽(tīng)線(xiàn)程中定義一個(gè)Socket類(lèi)綁定本機(jī)IP地址，然后監(jiān)聽(tīng)是否有客戶(hù)端連接上，如果有，就進(jìn)入讀取數(shù)據(jù)的循環(huán)中，帶讀取到的Null數(shù)據(jù)時(shí)，說(shuō)明一幀圖像讀取完成，再把讀的數(shù)據(jù)拼接起來(lái)，構(gòu)成了一幀畫(huà)面顯示到PictureBox上，過(guò)程不斷重復(fù)，則顯示出了遠(yuǎn)程監(jiān)控畫(huà)面。

圖3　監(jiān)控端監(jiān)控線(xiàn)程工作流程圖

圖4　監(jiān)控端窗口布局

圖5　監(jiān)控設(shè)置窗口

3　結(jié)語(yǔ)

隨著安防市場(chǎng)的擴(kuò)張，技術(shù)要求也在不斷提高，如何提高監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和智能性已經(jīng)成為了一個(gè)新的研究方向。本文提出了一種分析監(jiān)控畫(huà)面變化的方法并引入RFID技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，有效地改善了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的局限性、功能單一性，提高了系統(tǒng)的安全性、實(shí)用性和智能化程度。充分利用現(xiàn)有技術(shù)資源，主要將研發(fā)的重點(diǎn)集中于軟件功能的使用性和可靠性。

圖6　RFID標(biāo)簽記錄和查詢(xún)效果

從當(dāng)前發(fā)展形式，我們大膽的猜想，以后的RFID編碼將會(huì)被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化，那RFID將成為了周?chē)恳患锲返奈ㄒ籌D，相當(dāng)于當(dāng)前物品條形碼。但不同的是，RFID標(biāo)簽可以被RFID閱讀器感應(yīng)到，當(dāng)閱讀器需要尋找某件物品時(shí)，必須要發(fā)出一個(gè)磁場(chǎng)，而RFID標(biāo)簽這個(gè)可以感受到磁場(chǎng)存在，并發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象而產(chǎn)生能量，但這微弱的能量卻足以使標(biāo)簽將自己的信號(hào)發(fā)送出去，當(dāng)閱讀器讀到了標(biāo)簽信號(hào)時(shí)，立即從信號(hào)的來(lái)源判

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Video Surveillance；RFID；Image Analysis

Intelligent Video Surveillance and Alarm System Based on RFID

XU Chuang-qiang，LIN Ze-min
（Hanshan Normal University，Chaozhou 521041）

1007-1423（2015）25-0051-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.25.014

許創(chuàng)強(qiáng)（1992-），男，廣東揭陽(yáng)人，本科，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)、數(shù)字圖像處理、信息系統(tǒng)

2015-07-09

2015-08-26

在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展如此迅速的環(huán)境下，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)被高清數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化所完全替代。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，市場(chǎng)需求不斷增加，對(duì)監(jiān)控技術(shù)的要求也不斷提高?；赗FID的智能視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)主要應(yīng)用圖像分析算法分析視頻監(jiān)控畫(huà)面，并用RFID識(shí)別視頻監(jiān)控對(duì)象的身份，一旦產(chǎn)生報(bào)警，再通過(guò)多種技術(shù)執(zhí)行報(bào)警處理線(xiàn)程。

視頻監(jiān)控；RFID；圖像分析

Under the environment of rapid network development，the traditional technology of video surveillance has been completely replaced by HD digital and network.With the development of social economy，the technology of video surveillance is widely used in various fields；it has caused a growing demand for the market.The requirements for monitoring technology are also continuously improved.The intelligent video surveillance and video surveillance system based on RFID is mainly used the algorithm of image analysis to analyze video surveillance images.And the identity of video surveillance object is identified by RFID.Once the alarm is generated，the system will through a variety of technology to implement the processing thread of the alarm.