基于智能視覺的學(xué)生考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

王盛+田江

摘 要： 在計算機智能視覺下進行學(xué)生考試異常狀態(tài)識別，提高監(jiān)考的智能化水平，提出一種基于嵌入式Linux驅(qū)動和MUX101程控開關(guān)控制的學(xué)生考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)設(shè)計方法。在智能視覺下進行系統(tǒng)的總體設(shè)計構(gòu)架。系統(tǒng)的硬件設(shè)計部分主要包括視頻采集模塊、核心控制模塊和人機交互模塊等。軟件設(shè)計建立在嵌入式Linux驅(qū)動內(nèi)核下，采用ARM尋址技術(shù)進行學(xué)生考試異常狀態(tài)的視頻信息的總線調(diào)度。設(shè)計MUX101程控開關(guān)進行異常狀態(tài)的報警控制。最后進行系統(tǒng)調(diào)試，測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較好的可靠性和實用性。

關(guān)鍵詞： 智能視覺； 考試； MUX101程控開關(guān)； 系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號： TN915.5?34； TN710 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）14?0078?03

Abstract： In order to recognize the student′s examination abnormal status under computer intelligent vision and improve the invigilation intelligent level， an embedded Linux driving and MUX101 programmable switching control based design method of students examination abnormal condition recognition system is proposed. The overall design of the system was constructed on the basis of intelligent vision. The hardware design of the system includes the design of video collection module， kernel control module， man?machine interaction module， etc. The software design is based on the embedded Linux driver kernel， in which the ARM addressing technology is used to perform the bus scheduling of video information of student′s examination abnormal status. The MUX101 programmable switch was designed to alarm and control the abnormal status. The system was debugged. The test results show that the system has perfect reliability and practicability.

Keywords： intelligent vision； examination； MUX101 programmable switch； system design

0 引 言

集成智能控制技術(shù)和視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展推動了監(jiān)考系統(tǒng)的升級。對學(xué)生考試中行為特征的異常識別和分析，能提高監(jiān)考的效能，在大型國家考試中具有積極的應(yīng)用價值。研究學(xué)生考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)，在促進智能化考試管理和提高考場監(jiān)考的管控能力方面具有積極重要意義，對學(xué)生考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)是建立在視頻圖像分析基礎(chǔ)上的，結(jié)合集成的硬件控制系統(tǒng)設(shè)計和軟件開發(fā)，實現(xiàn)考試異常狀態(tài)的智能視覺分析和監(jiān)測，提出一種基于嵌入式Linux驅(qū)動和MUX101程控開關(guān)控制的學(xué)生考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)設(shè)計方法。在智能視覺下進行系統(tǒng)的總體設(shè)計構(gòu)架，實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件開發(fā)，最后進行考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試分析，得出有效性結(jié)論。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計構(gòu)架

為了實現(xiàn)基于智能視覺的學(xué)生考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)設(shè)計，采用實時視頻圖像采集方法進行考試現(xiàn)場的視覺特征采集和分析，學(xué)生考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)建立在對監(jiān)考區(qū)域的視頻監(jiān)控基礎(chǔ)上。在前期的圖像視頻處理算法設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過程序加載電路進行圖像處理算法加載，采用實時觸發(fā)器PXI?6713進行視頻采集。監(jiān)考異常狀態(tài)識別系統(tǒng)中，采用兩種編碼方式進行監(jiān)考現(xiàn)場的視頻信息編碼，一種是在數(shù)據(jù)幀內(nèi)進行編碼，另一種是依照輸入的視頻幀的編碼來進行編碼[1?2]。監(jiān)考現(xiàn)場的異常狀態(tài)識別中，硬件設(shè)備主要包括視頻監(jiān)控器、接收裝置、圖像處理和編碼器、視頻解碼器等[3]，通過對考試現(xiàn)場的視頻采集，結(jié)合視頻幀編碼進行外部總線觸發(fā)，通過外部時鐘控制電路進行幀信息的連續(xù)傳輸，實現(xiàn)對考試現(xiàn)場的圖像和視頻信息的電信號轉(zhuǎn)化，對轉(zhuǎn)化的電信號采用異常狀態(tài)特征提取方法進行特征提取，結(jié)合局部總線傳輸協(xié)議輸出解碼數(shù)據(jù)。最后構(gòu)建人機交互的GUI，進行監(jiān)考現(xiàn)場的總線數(shù)據(jù)傳輸和多線程控制，在嵌入式Linux中進行設(shè)備驅(qū)動，對監(jiān)控視頻信息進行特征分析[4]。系統(tǒng)的硬件設(shè)計部分主要包括視頻采集模塊、核心控制模塊和人機交互模塊等，軟件設(shè)計建立在嵌入式Linux驅(qū)動內(nèi)核下進行，采用DSP和邏輯可編程的PLC進行學(xué)生考試監(jiān)考現(xiàn)場視頻信號分析，根據(jù)上述系統(tǒng)總體設(shè)計思想，得到本文設(shè)計的基于智能視覺的學(xué)生考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)的總體設(shè)計結(jié)構(gòu)模型見圖1。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計部分

根據(jù)上述設(shè)計思想和總體設(shè)計構(gòu)架，進行基于智能視覺的學(xué)生考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)的硬件模塊化設(shè)計，主要對系統(tǒng)的視頻采集模塊、核心控制模塊和人機交互模塊的電路設(shè)計具體描述如下：

2.1 視頻采集模塊

學(xué)生考試異常狀態(tài)識別的視頻采集模塊采用PCI9054的LOCAL 總線采集電路。考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)兼容10M/100M以太網(wǎng)MAC進行聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。在監(jiān)考現(xiàn)場采用ARM作為核心控制單元進行視頻轉(zhuǎn)化和監(jiān)考的角度切換，設(shè)計100 MHz的背板時鐘。在數(shù)據(jù)捕捉模塊，采用外部I/O設(shè)備以及A/D電路進行視頻信息的輸入/輸出控制和數(shù)/模轉(zhuǎn)換，得到視頻采集模塊的電路設(shè)計如圖2所示。

2.2 核心控制模塊

基于智能視覺的學(xué)生考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)核心控制模塊是整個系統(tǒng)的核心，采用MUX101程控開關(guān)控制方法進行學(xué)生考試異常狀態(tài)的報警控制，采用嵌入式控制器PXI?8155向控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令。PXI?6713為8通道模擬輸出模塊，一共使用3塊，有專用管腳支持外部DMA請求，采用VXI總線技術(shù)進行考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)的總線數(shù)據(jù)傳輸和信息采集，MXI總線控制的D/A轉(zhuǎn)換速率要求200 kHz。各種控制信號由CPLD產(chǎn)生，利用信號作讀數(shù)標志，學(xué)生考試異常狀態(tài)識別數(shù)據(jù)線依次與5409A數(shù)據(jù)總線連接，轉(zhuǎn)換序列完成后讀轉(zhuǎn)換值，得到A4～A0和譯碼→，，LDA#和LDB#，其中TOUT→，采用的雙極性輸入MSB接5 V高電平，A#由DSP分別接信號輸入，BUSY信號地址線受A0控制?？荚嚠惓顟B(tài)識別的控制總線具體實現(xiàn)如圖3所示。

在系統(tǒng)的核心控制模塊電路設(shè)計中，根據(jù)模擬信號預(yù)處理后的采樣值幅度調(diào)整學(xué)生考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)的模擬信號。DSP控制VCA810的控制電壓，在第一級放大之后進行高通濾波。選擇MAXIM公司的5階開關(guān)電容進行模擬信號預(yù)處理，考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)的集成控制芯片選擇MAXIM公司的5階開關(guān)電容芯片，通過PLC可編程邏輯芯片進行數(shù)據(jù)采樣和程序?qū)懭隱5]。采用AMCC公司的AMCC S5933實現(xiàn)完整的PCI主控轉(zhuǎn)換，設(shè)計轉(zhuǎn)換后的總線接口與上位機通信，得到核心控制模塊電路如圖4所示。

2.3 人機交互模塊

人機交互模塊設(shè)計RTC模塊和看門狗模塊作為考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)的32位定時器/計數(shù)器，總線數(shù)據(jù)傳輸速率為40 Mb/s，設(shè)置了隔直通交的RC濾波電路將TRF7960的I/O_0～I/O_7作為學(xué)生考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)的并口輸入/輸出端。為了有效地消除直流偏置，在CAN通信電路中設(shè)計阻抗能等效并聯(lián)回路，在電容器輸出端設(shè)計LC濾波電路，利用PCI橋接芯片與DSP進行數(shù)據(jù)傳輸。人機交互模塊的通信電路設(shè)計中，在DMA 傳輸方式模式下，根據(jù)PCI9054裝入 PCI 配置寄存器，通過CPLD編程實現(xiàn)監(jiān)考的異常狀態(tài)視頻傳輸和智能視覺監(jiān)控。通過（R/X）DATDLY設(shè)置接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的時鐘中斷字，使DSP系統(tǒng)重新復(fù)位，由此實現(xiàn)人機交互，得到人機交互模塊的集成電路設(shè)計如圖5所示。

3 系統(tǒng)測試分析

在系統(tǒng)測試中，進行硬件集成調(diào)試和軟件程序加載測試，首先進行監(jiān)考系統(tǒng)中視頻采集設(shè)備的自檢，循環(huán)讀取HP E1562E的SCSI硬盤數(shù)據(jù)，進行學(xué)生考試線程的實時視頻信息捕捉，借助Borland C++ Builder構(gòu)建GUI人機交互界面，得到學(xué)生考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)的交互控制界面如圖6所示。

進一步進行性能測試，基于智能視覺的學(xué)生考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)的人機交互控制的自動增益控制曲線見圖7。

由圖7可知，系統(tǒng)的輸出控制中能實現(xiàn)快速收斂到穩(wěn)定值，通過系統(tǒng)測試得知，采用本文設(shè)計的系統(tǒng)進行考試異常狀態(tài)識別，能實時監(jiān)測考試過程中的異常舉動，并實現(xiàn)智能報警，系統(tǒng)具有可靠性和兼容性。

4 結(jié) 語

為了提高監(jiān)考的智能化水平，本文提出一種基于嵌入式Linux驅(qū)動和MUX101程控開關(guān)控制的學(xué)生考試異常狀態(tài)識別系統(tǒng)設(shè)計方法。重點對系統(tǒng)的硬件模塊進行詳細設(shè)計，包括視頻采集模塊、核心控制模塊和人機交互模塊等，軟件設(shè)計建立在嵌入式Linux驅(qū)動內(nèi)核下，采用ARM尋址技術(shù)進行學(xué)生考試異常狀態(tài)的視頻信息的總線調(diào)度，設(shè)計MUX101程控開關(guān)進行異常狀態(tài)的報警控制。系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果表明本文設(shè)計的系統(tǒng)能有效實現(xiàn)考試異常狀態(tài)識別，系統(tǒng)的兼容性和可靠性較好。

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