智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊棚程

摘 要：文章從視頻監(jiān)控的意義、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)需求、云臺(tái)控制模塊與圖像采集顯示模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及靜態(tài)背景下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測等方面展開討論，并對智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提出了一些見解。

關(guān)鍵詞：智能視頻：監(jiān)控系統(tǒng)：設(shè)計(jì)

0? ? 引言

隨著經(jīng)濟(jì)與科技的不斷發(fā)展，視頻監(jiān)控的覆蓋范圍已經(jīng)很廣泛，而智能監(jiān)控?cái)z像頭的出現(xiàn)將如何去設(shè)計(jì)與應(yīng)用也成為各界人士所關(guān)注的重點(diǎn)。計(jì)算機(jī)信息+視頻監(jiān)控所衍生出的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠利用計(jì)算機(jī)技術(shù)把攝像機(jī)的視頻加以科技化處理，把不重要的鏡頭刪除，自動(dòng)提取有用的信息，在防范、預(yù)警以及檢測等功能上實(shí)現(xiàn)其價(jià)值，視頻監(jiān)控可以代替人類的監(jiān)視，屬于一種輔助性道具。目前我國各行業(yè)對監(jiān)控系統(tǒng)的需求量不斷提升，就連很多人們的家里也安裝了攝像頭，已經(jīng)在一些銀行、商場以及交通路口等重要地段和人群聚集地設(shè)立，主要的方向就是放置在了容易出現(xiàn)危險(xiǎn)且注視不到的地方，以保障人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

1? ? 視頻監(jiān)控的意義

信息的傳輸和儲(chǔ)存方式有很多，這其中視頻就是主要的媒體，在計(jì)算機(jī)硬軟件快速發(fā)展并提升的背景下，目前通過技術(shù)能夠?qū)D像快速且高效地處理，這是基于普通功能的一種提升，在視頻中對圖像處理的效果也是在很大程度上有所提高[1]。從前在安防領(lǐng)域的監(jiān)控?cái)z像頭已經(jīng)在經(jīng)濟(jì)水平提升基礎(chǔ)上逐漸普及到了社會(huì)各領(lǐng)域中，加上數(shù)字、網(wǎng)絡(luò)以及智能化的應(yīng)用，雖然這種技術(shù)被一些超前的企業(yè)所運(yùn)用，但是市場上還是沒有相關(guān)的產(chǎn)品作為支撐?，F(xiàn)階段我國在數(shù)字化的研究上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，而諸如網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和在線產(chǎn)品服務(wù)也相繼出現(xiàn)，這在很大程度上就能夠作為智能視頻監(jiān)控推出的重要載體。智能攝像頭的功能細(xì)化分析能夠分為10個(gè)：實(shí)時(shí)監(jiān)控功能能夠遠(yuǎn)程的呈現(xiàn)出捕捉的畫面;錄像功能能夠?qū)Σ蹲降漠嬅娑芜€原;報(bào)警功能可以對于一些意外事件利用事先制定好的設(shè)備進(jìn)行報(bào)警并全過程錄像;電子地圖功能可以讓用戶直接將把已存在的監(jiān)控?cái)z像頭調(diào)取出來并遠(yuǎn)程操控、數(shù)字矩陣功能就是可以遠(yuǎn)程的對攝像頭進(jìn)行上下左右?guī)讉€(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，然后聚焦和切換位置等;用戶權(quán)限管理功能就是提前設(shè)置好操作的權(quán)限，用戶和管理員能夠有權(quán)利對其操作;日志管理功能是智能攝像頭監(jiān)控期間會(huì)把一些設(shè)置好并捕捉到的鏡頭記錄下來并生成日志，方便日后的查看;設(shè)備及端口參數(shù)設(shè)置可以根據(jù)應(yīng)用的環(huán)境和條件靈活調(diào)節(jié);顏色的設(shè)置功能是能夠根據(jù)監(jiān)控地的場合與光線等自由調(diào)節(jié)明暗程度;輔助功能是可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)智能系統(tǒng)當(dāng)中的一些特色功能。

2? ? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)需求

傳統(tǒng)的監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)相對來說比較被動(dòng)，一般情況下都是對一個(gè)地方實(shí)施錄像，它有著持續(xù)的特性也就是能夠全天候的監(jiān)視某一場景，需要連接到一個(gè)監(jiān)視器如果區(qū)域比較大還要安裝多個(gè)攝像頭。從前都是利用在像銀行、保險(xiǎn)庫等重要的地方，這種傳統(tǒng)的系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)成熟了，除了能夠?qū)嵭斜O(jiān)控也能報(bào)警，這從廣義上能夠?qū)ιa(chǎn)、市場以及交通運(yùn)輸?shù)确?wù)。雖然說能夠在一定程度上可以滿足于人們對于監(jiān)控的需求，但是它也存在著很多弊端，比方說監(jiān)控人員需要時(shí)刻注視著屏幕才能獲取其中的信息，對于一些關(guān)鍵點(diǎn)也要反復(fù)的查看分析與判斷才能找出來，如果說監(jiān)控點(diǎn)比較多的話那么是無法實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)控的[2]。

2.1? 系統(tǒng)的需求分析

智能攝像頭的監(jiān)控系統(tǒng)需要在攝像頭、儲(chǔ)存卡這兩個(gè)功能的支持上才能將圖像信息采集并顯示，然后把這些都以圖像或者是文件的格式搜集并儲(chǔ)存才能用于永久性的觀看，否則一般只能自動(dòng)的儲(chǔ)存7天，也就是說一星期內(nèi)的攝像頭可以調(diào)取，否則就會(huì)自動(dòng)刪除騰出空間。要想讓攝像頭轉(zhuǎn)換其他角度的話需要操作人員手動(dòng)控制，而且在運(yùn)動(dòng)檢測模塊來獲取目標(biāo)然后定位，這些參數(shù)都可以為云臺(tái)攝像頭的驅(qū)動(dòng)提供動(dòng)力，然后獲取視頻當(dāng)中的各種信息。在搜集到圖像或者運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以后，利用運(yùn)動(dòng)檢測的方法來捕捉目標(biāo)，這樣一來云臺(tái)攝像頭的驅(qū)動(dòng)就可以把參數(shù)折回。根據(jù)這些對監(jiān)控系統(tǒng)的分析可以將分為4個(gè)模塊，第一個(gè)是圖像的采集和顯示模塊、第二個(gè)是儲(chǔ)存模塊、第三個(gè)是云臺(tái)攝像頭的控制模塊、第四個(gè)是運(yùn)動(dòng)檢測模塊[3]。

2.2? 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

智能攝像頭在系統(tǒng)的構(gòu)成上需要軟件支持，其中系統(tǒng)的構(gòu)成是以計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、視頻采集技術(shù)以及固定攝像頭和云臺(tái)攝像機(jī)組成，而且兩個(gè)攝像頭都會(huì)連接到儲(chǔ)存和采集卡當(dāng)中，云臺(tái)攝像頭會(huì)直接與計(jì)算機(jī)產(chǎn)生連接。對于系統(tǒng)當(dāng)中的硬件組成表現(xiàn)出的功能有兩個(gè)，第一個(gè)是CCD攝像頭的圖像采集，第二個(gè)是云臺(tái)攝像頭的控制體系。對軟件的設(shè)計(jì)也是分成4個(gè)模塊，即信息的采集和圖像顯示模塊、儲(chǔ)存模塊等。把捕捉到的圖像按照某種文件的形式定格，運(yùn)動(dòng)中的圖像捕捉需要在計(jì)算法支持下才能提取，云臺(tái)攝像頭主要是通過控制才能完成全方位監(jiān)控的。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)始終攝像機(jī)需要有通信訊號(hào)作為載體才能把視頻安全地傳輸?shù)讲杉痛鎯?chǔ)卡當(dāng)中，而信息和圖像的采集系統(tǒng)會(huì)把捕捉到的各種信息信號(hào)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字和視頻信號(hào)再傳輸，這種轉(zhuǎn)換的模式所輸出的數(shù)字與圖像能夠在計(jì)算機(jī)的顯示器上體現(xiàn)，或者是直接傳送到儲(chǔ)存卡，但是兩個(gè)工作無法正常進(jìn)行。另外系統(tǒng)能夠?qū)⒁呀?jīng)存儲(chǔ)的圖像進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測，而計(jì)算機(jī)則根據(jù)有效的計(jì)算和檢測方法把已經(jīng)計(jì)算出來的結(jié)果傳輸給控制攝像機(jī)的云臺(tái)，這樣就完成一個(gè)整體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

除此之外，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候應(yīng)當(dāng)從先進(jìn)行、兼容性、擴(kuò)展性以及高效性等原則基礎(chǔ)上去設(shè)計(jì)，先進(jìn)行是要求技術(shù)的引進(jìn)，根據(jù)目前和未來計(jì)算機(jī)信息技術(shù)基礎(chǔ)去對整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，然后引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)。兼容性是根據(jù)用戶在不同區(qū)域和時(shí)期范圍內(nèi)對于攝像頭需求的數(shù)量去安裝，這一個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)候必須要保證設(shè)備和計(jì)算機(jī)硬件之間的接口與線路是否合理，而且最好是同一設(shè)備的廠家，避免不匹配的情況出現(xiàn)。另外對多個(gè)攝像機(jī)的存儲(chǔ)功能也要意識(shí)到，不能因?yàn)閮?chǔ)存不足而導(dǎo)致信息丟失。擴(kuò)展性就是在行業(yè)不同基礎(chǔ)上去合理設(shè)置系統(tǒng)，比方說安保行業(yè)就要開啟人臉識(shí)別系統(tǒng)、娛樂設(shè)施應(yīng)當(dāng)融入客流量監(jiān)控系統(tǒng)、銀行應(yīng)當(dāng)融入對資金統(tǒng)計(jì)的系統(tǒng)。而且在系統(tǒng)不斷升級(jí)的基礎(chǔ)上需要提供技術(shù)支持，在一些監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)以后還能夠?qū)⒐δ芷占暗介T禁和報(bào)警等方面。高效性是保證系統(tǒng)和軟件能夠快速且流暢，避免機(jī)器所造成的系統(tǒng)問題出現(xiàn)[4]。而在技術(shù)不斷推動(dòng)的基礎(chǔ)上智能攝像頭當(dāng)中的功能逐漸強(qiáng)化，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候就要根據(jù)客戶的需求去融入，這樣才能體現(xiàn)出智能攝像頭的價(jià)值。

3? ? 云臺(tái)控制模塊與圖像采集顯示模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1? 界面的設(shè)計(jì)

根據(jù)智能攝像機(jī)的功能需求展開分析，其中要是想實(shí)現(xiàn)對圖像和信息的采集并將其顯示出來，這就需要科學(xué)的格式并通過轉(zhuǎn)換或者修剪，一般都是通過應(yīng)玚掃描或者是幀掃描這兩種方式，而圖像的儲(chǔ)存也包括自動(dòng)存儲(chǔ)或者是人工修改格式這兩種。

3.2? 系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置

系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置分為3個(gè)步驟，對于參數(shù)當(dāng)中出現(xiàn)的變量也包括采集卡視頻信號(hào)、掃描、亮度、飽和度等。在設(shè)置系統(tǒng)信息的時(shí)候應(yīng)當(dāng)從調(diào)色板、文件信息以及申請文件內(nèi)存幾個(gè)方向設(shè)計(jì)。在使用采集卡所提供的函數(shù)時(shí)將已經(jīng)設(shè)置好的變量數(shù)值傳輸?shù)讲杉ó?dāng)中，然后再將其初始化，這樣就可以完成視頻的搜集和參數(shù)的設(shè)置。

3.3? 采集顯示模塊的實(shí)現(xiàn)

在采集圖像到儲(chǔ)存卡內(nèi)實(shí)施控制然后初始化完成后就可以開啟采集的功能，存儲(chǔ)卡在對圖像采集完成以后會(huì)自動(dòng)的存在指定位置，而且在這一過程當(dāng)中把函數(shù)回調(diào)并將采集到的圖像都顯示出來，在此之前會(huì)先把圖像的大小格式都計(jì)算出來，然后才會(huì)進(jìn)行下一步的鎖定儲(chǔ)存。最后把調(diào)整完的函數(shù)在緩沖區(qū)中把圖像的數(shù)據(jù)都放置進(jìn)去，并把數(shù)據(jù)、格式實(shí)施交換，解鎖之后才能把緩沖區(qū)中已經(jīng)交換的圖像數(shù)據(jù)顯示出來。

4? ? 靜態(tài)背景下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測

對于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測主要的目的就是能夠把區(qū)域內(nèi)變化的圖像能夠準(zhǔn)確地提取出來，這不論在什么類型的監(jiān)控?cái)z像頭當(dāng)中都是至關(guān)重要的一個(gè)問題。在監(jiān)控的區(qū)域中能夠通過智能化系統(tǒng)將其分成單模態(tài)與多模態(tài)這兩種，前者是處于什么環(huán)境之中，其中的條件并沒有太大變化，主要針對室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測。首先是時(shí)域差分法，它主要是對一個(gè)比較小的室間隔中圖像所采用的像素時(shí)間分割，能夠提取期間運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，而且在區(qū)域中會(huì)捕捉指定的背景和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。其次是背景差法，在目前圖像和它背景之間的差分，在提取其中的比值，以此把運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)分割出來。最后是光流場法，光流逝圖像的亮度，能夠把運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出來，它在圖像的灰度模式上可以展現(xiàn)出其中的信息。光溜和運(yùn)動(dòng)并不是一定對應(yīng)，但是一般來說可以認(rèn)為光流沒有區(qū)別，所以就能夠根據(jù)圖像中的運(yùn)動(dòng)再去預(yù)估相對運(yùn)動(dòng)。以上的闡述都是在靜態(tài)背景下才能利用的一種技術(shù)，背景差法測試目標(biāo)所得到的是目標(biāo)的位置，在固定的攝像頭和云臺(tái)攝像頭搜集圖像的區(qū)域內(nèi)采集信息會(huì)比較全面，而且其中的細(xì)節(jié)也都能極大地展現(xiàn)出來。

5? ? 結(jié)語

綜上所述，智能監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)字圖像的處理技術(shù)上可以將實(shí)時(shí)視頻或者是文件的場景進(jìn)行分析，這樣就可以把運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)捕捉或者跟蹤，同時(shí)將其存儲(chǔ)，在24小時(shí)全天候監(jiān)控的基礎(chǔ)上就可以為工作人員減輕很多負(fù)擔(dān)。但是，目前在對智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用上還沒有徹底的普及，技術(shù)上也有著不足之處，所以這就要求相關(guān)的技術(shù)科研人員加強(qiáng)對這一方面的重視，并在不斷完善的基礎(chǔ)上為我國社會(huì)發(fā)展做出安全保障。

[參考文獻(xiàn)]

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（編輯 傅金睿）