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硕士论文 视频监控技术在灰库管理中的应用 摘要 随着科学与技术的发展，发电厂粉煤灰正在从一种工业废弃物向一种工业原材料转 变。当粉煤灰市场价值逐步提高时，解决灰库放灰过程有效监管问题的迫切性也逐步显 现出来。 视频监控技术一直是人们热点关注的应用技术之一，其以直观、准确、及时和信息 内容丰富而广泛应用于企业管理中。 根据电厂对灰库监管的要求，本文提出了一个基于字符叠加和视频监控技术的灰库 监控管理系统的方案。该方案将数字图像处理技术、i c 卡技术与字符叠加技术相结合， 在局域网内实现了灰库放灰过程的有效监控管理。 本系统增加了i c 卡控制器和字符叠加器，完成了提货车辆和粉煤灰品种等信息在 视频画面中的显示，极大地方便了使用电视监控画面核查提货信息的有效性。本系统还 增加了信息采集处理计算机完成现场图像和刷卡时间的采集，为采用图像处理技术识别 可疑图像奠定了基础。 本系统利用v c 编程工具完成了灰库监控管理软件的设计，其中包括：灰库图像的 定时采集、刷卡时间的获取、灰库图像的有效分段、段中图像的特征识别算法研究与图 像的处理、最终提取一张或几张图像做为每个分段所有图像的典型代表。这种采用分立 图像来判断灰库装灰是否正常的方法，改变了传统电视监控查看2 4 小时录像的监管模 式，极大地加快了监控信息的核对。 该系统在电厂的应用能有效地提高灰库的管理水平，取得良好的经济效益。 关键词：灰库监控管理，字符叠加，图像处理 硕士论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , f l ya s hi nt h ep o w e rp l a n ti sc h a n g i n g f r o ma ni n d u s t r i a lw a s t ei n t oa ni n d u s t r i a lr a wm a t e r i a l n eu r g e n c yt oi m p r o v et h e e f f i c i e n c yo f t h ef l ya s hf r e i g h tp r o c e s ss u p e r v i s i o nh a se m e r g e d ，w h e nt h em a r k e tv a l u eo ff l y a s hg r a d u a l l yi n c r e a s e s v i d e os u r v e i l l a n c et e c h n o l o g yi sa l w a y so n eo fa na p p l i e dt e c h n o l o g yw h i c hp e o p l ep a y al o ta t t e n t i o nt o i ti sw i d e l yu s e di nt h eb u s i n e s sm a n a g e m e n tb yi t sa c c u r a c y , r a p i d i t ya n d a b u n d a n ti n f o r m a t i o n as o l u t i o no fs u p e r v i s i o na n dm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do no n - s c r e e nd i s p l a y ( o s d ) t e c h n o l o g ya n dv i d e os u r v e i l l a n c et e c h n o l o g yw a sp r o p o s e di nt h i sp a p e r , a c c o r d i n gt ot h e r e q u i r e m e n tt h a tn e e d e dt om a n a g et h ef l ya s h s i l oi nt h ep o w e rp l a n t d i l g i t a li m a g e p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , 。i cc a r dt e c h n o l o g ya n do s dt e c h n o l o g yw e r ei n t e g r a t e di n t ot h e s o l u t i o nt or e a l i z et h es u p e r v i s i o no ff l ya s hs i l oi nt h el o c a la r e an e t w o r k i cc a r dc o n t r o l l e ra n dc h a r a c t e ri n s e r t e rw e r eu s e di nt h es y s t e mt od i s p l a yt h ec h a r a c t e r s a b o u tt h ep l a t en u m b e ra n dt h el ( i n do ff l ya s ho nt h ev i d e os c r e e n s oi tw a sv e r ye a s yt o c h e c kt h ee f f i c i e n c yo ft h ei n f o r m a t i o nb yu s i n gt h ev i d e os c r e e n i n f o r m a t i o ng e ta n d p r o c e s s i n gc o m p u t e rw a su s e dt oc a p t u r et h ef l ya s hs i l oi m a g e sa n dg e tt h er e a dt i m eo fi c c a r d s ，a n di tl a i dt h ef o u n d a t i o no f r e c o g n i s i n gi r r e g u l a ri m a g eb yu s i n gi m a g ep r o c e s s i n g s u p e r v i s i o na n dm a n a g e m e n ts o f t w a r eo ff l ya s hs i l ow a sd e s i g n e db yt h ev c p r o g r a m m i n gt o o l ，a n di ti n c l u d e dt h ei m a g eo ff l ya s hs i l or e g u l a rs n a p p i n g , i cc a r dr e a d t i m ea c c e s s i n ga n di m a g ed i v i d i n gb yt h et i m e d i f f e r e n ti m a g er e c o g n i z i n ga l g o r i t h m sw e r e u s e dt op r o c e s st h ei m a g e sa c c o r d i n gt oi t sd i f f e r e n tf e a t u r e o n ei m a g eo raf e ww o u l db e f e t c h e dt or e p r e s e n tt h ew h o l ei m a g e so ft h es e g m e n t a t i o n t h ei m a g em o d ec h a n g e dt h e t r a d i t i o n a lt vm o n i t o rm o d ew h i c hu s e d2 4h o u r sv i d e or e c o r d i n gt od e t e r m i n et h a tt h e f r e i g h tp r o c e s sw a s i nw o r k i n go r d e r , a n dt h ec h e c kt i m ew a sr e d u c e do b v i o u s l y a p p l i c a t i o no ft h es y s t e mi nt h ep l a n tw i l li n c r e a s et h em a n a g e m e n t l e v e lf o rf l ya s hs i l o ， a n dm a k eg o o de c o n o m i cb e n e f i t k e yw o r d ：f l y a s hs i l os u r v e i l l a n c e ，o s d ，i m a g ep r o c e s s i n g h 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学 位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布 过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的 材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明 确的说明。 研究生签名：# 厶胁岁日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上 网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权 其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文， 按保密的有关规定和程序处理。 沙年占月乃日 硕士论文视频监控技术在灰库管理中的应用 1 绪论 1 1 研究背景及意义 我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。近年来，电力工业的迅速发展， 燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，1 9 9 5 年粉煤灰排放量达1 2 5 亿吨，2 0 0 0 年约为1 5 亿吨，到2 0 1 0 年将达到2 亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大 的压力【1 1 。 另一方面，随着科学与技术的发展，粉煤灰利用的研究和开发也有了长足的进步， 利用粉煤灰生产的产品在不断增加。粉煤灰综合利用的途径以从过去的路基、填方、混 凝土掺和料、土壤改造等方面的应用外，发展到目前的在水泥原料、水泥混合材、大型 水利枢纽工程、泵送混凝土、大体积混凝土制品、高级填料等高级化利用途径【2 】。 随着粉煤灰从工业废弃物向工业原材料的转变，其市场价值得到很大的提高。因此 提高发电厂灰库放灰过程监管的有效性已成为一项很重要的工作。 目前发电厂灰库放灰过程的监管普遍采用的是传统的电视监控方式，即对每个灰库 实施全天候2 4 小时的电视录像。管理人员在第二个工作日内通过查看前一天的录像回 放记录来完成灰库提货车辆信息的核对。 这种监管模式是一种粗放的管理模式，其中存在很多管理上的不足。 首先，管理人员每天查看2 4 小时的录像回放是一件非常耗时的工作。通常发电厂 有4 个灰库，这样每天需要查看的录像时间是4 * 2 4 小时，虽然可以采用快进等方式缩 减录像查看时间，比如：8 、 1 6 等，但仍让需要耗费1 2 或6 小时以上的时间。让一个 工作人员查看录像连续工作6 小时，并且还需要从录像中发现问题，这几乎是一件不可 能完成的事情。 其次，无法实现实时的有效在线监管，通过电视画面虽然能够看到在灰库提货车辆 的进出过程，却无法从电视画面上得知该车辆是否是合法的提货车辆。 为实现对灰库图像的有效监督，在每天的录像核查时，必须借助磅房提供的车辆提 货信息记录。由于提货车辆在灰库的轨迹与时间并不是由磅房记录能够完全确定的，例 如单次提货中汽车可在多个灰库中进行停留，这就会存在录像中记录的信息与磅单提供 的数据匹配的难题。 录像回放监督的管理方式还存在着一个对管理人员监督的考核问题，即如何考核录 像核查人员工作的有效性。企业的各级管理者不可能每个人都去核对录像，这就使得录 像核对人员的考核成为一个难题。 通过上述分析可见，传统的电视监控技术在发电厂灰库生产管理中不但效率低下， 而且效果也不明显，目前绝大部分灰库监控系统只能转变为一种实时灰库现场查看的工 l 1 绪论硕士论文 具、一种理论上可行但现实不可行的灰库监控系统。 目前改善灰库放灰过程监管模式已经很有必要，这不但能够把管理人员从每天繁琐 的查看录像中解放出来，而且也能够提高灰库放灰监管的效率，杜绝偷灰、窜货现象的 出现，给企业带来良好的经济效益。 1 2 研究方法 针对灰库监管存在的这些问题，本文提出了一种解决方案，该方案主要从两方面着 手，一方面是如何改善监控过程中信息量的问题，另一方面是如何压缩灰库核查时间的 问题。 ( 1 ) 提货信息显示 目前在灰库能够反映车辆提货信息的直接凭证是由磅房打印出来的有效提货票据， 该票据必须保存在灰库发货部门。所以如果能把票据上的关键信息同步转移到电视监控 的画面中，将大大方便了灰库放灰过程的监管管理，特别是针对使用远程图像监控方式 的管理者。 利用字符叠加技术可以实现在电视监控系统画面中叠加提货磅单的信息。这里需要 考虑的问题有：叠加何种信息以及如何叠加。 能够反映该车辆提货主要的信息是提货汽车的车牌号，以及提货的粉煤灰品种。视 屏图像上叠加的字符可以选择车牌号与粉煤灰品种。这样远程观察者可以通过图像中汽 车的车牌号与叠加的车牌号的比对就能确定该车是否正常，而通过图像中灰库的类型与 叠加的品种相比较就能确定其装载的品种是否正常。 由于目前不少发电厂在粉煤灰的销售过程中已开始采用i c 卡销售管理系统，因此 这里可以利用i c 卡作为字符携带的媒介，然后通过i c 卡读写设备把这些信息从卡中读 取出来，并通过字符叠加器来完成叠加显示。 利用i c 卡技术和字符叠加技术实现灰库放灰过程中提货信息的在屏显示，方便了 管理人员的监督管理。 ( 2 ) 放灰过程图像监管模式 通过观察发电厂灰库放灰过程的录像可知，每辆汽车完成一次装灰所需的时间是比 较长的，通常需要2 0 分钟到4 0 分钟左右的时间。在这段时间内灰库图像的特征通常不 会发生明显的变化，这就意味着该段时间包含的信息量很有限，完全可以被压缩。 为了能够把装灰过程以及不装灰过程的视频信号压缩到最短的时间内，本文采用了 抓图的模式加以改进，即把连续的视频信号转变为离散的图片模式。这主要利用了人眼 对空间图像变化的敏感程度远大于对连续视频录像变化的敏感程度。 把视频模式转变成图像的模式常见的很多种方法，如可以采用运动检测的方法获取 变化了的图像，也可以定时抓图的方式获取图像。运动检测的方法具有很高的实时性， 2 硕士论文视频监控技术在灰库管理中的应用 但是稳定性并不高，容易受环境的影响。而定时截图的方式比较简单稳定。由于灰库对 图像监管的实时性要求不高，且从运行维护的便利性考虑，采用定时的抓图的方式更加 有效。 图像定时抓取的方式，即设置一个时间间隔，让计算机自动获取电视监控的画面。 由于灰库的变化是一个缓慢的过程，因此这里可以选取的一个较长的时间间隔。 经过图像定时的采集以后，全天2 4 小时的录像视频就转换为离散的图片资料。例 如定时间隔设置为一分钟，则采集的图片数目为1 4 4 0 幅。 采集的图片虽然大大的压缩了录像的时间，但其数目仍然是一个比较庞大的数字， 而且这些图片中基本是上重复的图像。一辆装灰半个小时的汽车将留下3 0 张重复的图 片。对于这个问题可以采用图像处理的方法来去除重复的图片，并且可以根据处理的结 果判断灰库的放灰过程是否正常。 通过图片监管模式的实现，将能极大地压缩灰库放灰过程的核查时间，同时也能有 效地监督灰库的运行情况，识别出其中不正常的现象。 1 3 国内外研究现状 目前国内外对视频监控技术的研究主要集中于智能视频监控技术。 智能视频监控就是运用计算机视觉的方法，在不需要人工干预的情况下，通过对摄 像机拍摄的图像序列自动进行分析，在运动场景中实现目标的定位、识别及跟踪，并在 此基础上实现目标行为的判断分析，从而使监控系统既能够完成日常管理，又能够对异 常情况作出反应【4 】。智能视频监控汇集了众多学科的技术，包括计算机视觉技术、图像 处理技术、模式识别技术等，拥有广泛的应用前景和巨大的市场价值，受到了国内外众 多专家学者的关注。美国的9 1 1 事件更使智能视频监控的研究引起了各国政府的重视。 目前，国际上的一些权威期刊对智能视频监控的研究已经出版过很多重要的专集， 如计算机视觉领域中的权威期刊i j c v 期刊在2 0 0 0 年6 月出版了视觉监控的专题，p a m i 期刊则在2 0 0 0 年8 月推出了关于视觉监控算法的专题。同时i e e e 视觉监控专题讨论会 自1 9 9 8 年开始也已经举办了3 届。 1 9 9 7 年美国国防部高级研究所( d a r p a ) 设立了以卡内基梅隆大学为首，麻省理 工学院和戴维s a r n o f f 研究中心等十几家高校和研究中心参与的v s a m ( v i s u a l s u r v e i l l a n c ea n dm o n i t o r i n g ) 【5 】项目，其主要目的是开发一个满足未来战场监控需要的系 统，解决在非常危险场合，人力无法实现监控的问题。 d a r p a 在2 0 0 0 年又资助了h i d 项目( h u m a ni d e n t i f i c a t i o na tad i s t a n c e ) 嘲，研究 开发一个远距离( 1 5 0 米范围内) 、多模式的视频检测系统，实现人面部的检测、分类和 识别，以增强国防、民用等场合免受恐怖袭击的保护能力。 i b m 公司在2 0 0 6 年1 1 月开发出了智能监控系统一s m a r ts u r v e i l l a n c es y s t e m i s 3 1 绪论 硕士论文 ( s 3 ) 。与传统的视频监控系统相比，s 3 具备一系列优势，诸如独立索引、按照属性( 人 的面孔、汽车牌照等) 对视频内容进行搜索与分类。另外s 3 还可以实现虚拟触发器， 即设定某个地区被侵入时触发警报，可以方便地监控人员进入敏感地区。该系统在北京 奥运会的安保上得到了成功使用。 我国在智能视频监控方面的研究起步较晚。为了推动我国在此国际前沿方向的研 究，探讨视频监控技术的发展趋势与动态，在中国科学院自动化研究所，国家8 6 3 计划 计算机软硬件技术主题等机构的支持下，中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实 验室从2 0 0 2 年开始举办全国智能视觉监控学术会议，目前已经举办了两届。该会议的 举办促进了国内科研人员在此领域的交流与合作，推动了国内智能视频监控技术的发 展。 中科院自动化所模式识别国家重点实验室视觉监控小组总结了英国雷丁大学 v i e w s 的车辆交通监控原型系统的研究经验，在以往的理论研究的基础上，自行设计 了一个拥有完全自主版权的交通监控原型系统v s t a r ( v i s u a ls u r v e i l l a n c es t a r ) f 3 】。这是 一个基于三维模型目标定位方法的视频监控系统，能够自动识别、跟踪交通场景中运动 的车辆。 浙江工业大学的汤一平和何祖灵对a t m 机的智能监控进行了研究【9 l 。利用动态图 像的理解技术，对a t m 机周围的全景视频数据进行分析，提取活动对象的属性信息， 并进行分析，从而识别出可以的犯罪行为，为预防a t m 机等金融犯罪提供了一种新的 手段。 2 0 0 5 年我国正式启动城市联网报警与监控系统建设( 3 1 1 1 工程) ，大规模部署“平 安城市 视频监控系统。中国电信为此推出了“全球眼”【l o 】增值业务，提供基于宽带网 的智能视频远程监控、传输和管理系统。该系统还集成了车牌识别系统、智能面部识别 系统以及g i s 系统。 1 4 论文主要工作和结构 本文的主要工作就是研究设计一个适合发电厂灰库放灰过程监督管理的系统。具体 包括系统的构建以及软件的设计。该系统的主要目的就是要完善灰库的监管机制，杜绝 偷灰窜货等不正常现象的发生。 本文的结构安排如下： 第一章，绪论。 本章分析了课题研究背景及意义，具体阐述了课题的研究方法，并描述了论文的内 容和结构安排。 第二章，视频监控系统总体设计。 本章给出了灰库监控管理系统的总体设计过程，包括系统的具体组成结构，软件的 4 硕士论文 视频监控技术在灰库管理中的应用 功能模块以及总体流程。 第三章，系统软件详细设计。 本章给出了灰库监控管理系统的软件的详细设计过程，包括数据库设计，串口通信 信号获取设计以及视频模块部分设计。 第四章，灰库图像识别处理。 本章详细研究了灰库图像识别处理的过程。根据灰库图像特征的不同，把处理过程 分成两大类，分别采用不同的算法来实现图像数量的压缩处理，并识别其中的不正常现 象。 第五章，总结。 本章对本文所做的工作进行了总结。 5 2 灰库监控管理系统总体设计 硕士论文 2 灰库监控管理系统总体设计 为了解决发电厂灰库管理效率低下的问题，本章对原有电视监控系统进行了改进设 计。把原有录像模式的转变转变为分立的图像模式，加快管理的核查速度，提高管理的 有效性。本章主要研究的就是监控管理系统的总体设计内容。 2 1 系统组成与结构 发电厂灰库监控管理原来采用的是常规的电视监视系统，其具体结构如图2 1 所示。 每个摄像机对应于一个灰库，视频信号传递到硬盘录像机中。硬盘录像机则通过一天2 4 小时录像来记录灰库的放灰过程。 够 客户端 硬盘录像机 摄像机 客户端 图2 1 原有的灰库监控管理系统 这种模式的最大问题就是每天核对每个灰库的录像非常耗时，而且需要借助磅房提 供的提货信息单，效果并不理想。所以这种管理系统很不符合目前灰库管理的需要。 本文改进后的灰库监控管理系统的结构如图2 2 所示。可以在保留原有电视监控系 统的基础上，通过增加一些设备实现新的管理模式的转变，即用分立的每个装灰过程单 幅的图片来替代连续的视频录像。用图片的模式对灰库装灰过程的核对将能大大提高检 验的速度，同时也能提高核对检验的准确率。 与原有的系统相比较，改进后的系统增加了字符叠加器和i c 卡控制器，用来显示 提货信息的在屏显示。 6 硕士论文视频监控技术在灰库管理中的应用 摄像机固 字符醐器重 z c 俐n 器冒 固固 琶掣弓 穰穰糊辫纽赣鞠暖 客户端 客户端 图2 2 改进后的灰库监控管理系统结构 同时这里还增加了一台计算机，连接字符叠加器输出的视频信号以及i c 卡控制器 输出的串口通信信号，用来实现灰库图片的采集以及i c 卡控制器串口数据的获取。 下面将具体研究每个部分的功能结构。 2 1 1 摄像机 摄像机是获取监视现场图像的前端设备，它的主要部件是图像传感器，再加上外加 同步信号产生电路、视频信号处理电路以及电源等。根据图像传感器的不同，目前市场 上摄像机主要有基于c c d 图像传感器的摄像机和基于c m o s 图像传感器的摄像机两 种。 c c d 图像传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于c m o s 图像传感器， 所以本监控系统的设计中采用了基于c c d 图像传感器的摄像机。由于摄像机工作在室 外的环境下，所以还必须加装防护罩，防止雨水的侵蚀。 在改进后的系统中，摄像机可以采用原有电视监控系统中的设备，无需增加额外的 投资。 7 镪盘 2 灰库监控管理系统总体设计 硕士论文 2 1 2 信息采集处理计算机 在本系统中，信息采集处理计算机是所有设备的核心部分，主要的目的就是采集前 端设备采集得到的图像和串口数据数据，并进行处理分析，得到最后的结果。 信息采集计算机可以选用计算机加视频采集卡的模式构成。 其中计算机选用了研华公司的工控机产品，视频采集卡采用了海康威视公司的 d s 4 0 0 4 h c 系列的产品。与普通计算机相比，工控机更适合全天候运行的工业环境，稳 定性能好。d s - 4 0 0 4 h c 系列视频压缩采集卡是一款面向数字监控行业的具有很高性价比 的视频采集卡。该卡主要技术参数有： 4 路复合视频信号输入。 支持p a l 、n t s c 输入。 帧率：2 5 f s ( p a l ) ，3 0 f s ( n t s c ) 。 通过硬件实现h 2 6 4 视频压缩。 图像分辨率包括4 路的d c i f 、2 c i f 、c i f 、q c l f 或2 路的4 c i f 。 输出码率：3 2 k b p s 1 0 2 4 k b p s ( c i f ) ，7 0 k b p s - 4 0 9 6 k b p s ( 4 c i f ) 。 d s 4 0 0 4 h c 系列视频压缩采集卡通过板卡上的d s p 芯片实现对采集到视频图像进 行压缩，这种基于硬件的压缩方式能够降低计算机的负荷，提高其运行的稳定性。而其 采用的h 2 6 4 压缩标准是新一代的高性能的视频图像压缩技术标准，在保持图像质量的 前提下，能大大节省存储空间、并非常适合宽带网或窄带网的传输。 信息采集处理计算机功能示意图如图2 3 所示。 8 图2 3 信息采集计算机功能示意图 信息采集处理计算机具体功能可以分为三个部分： 视频信号的采集，实现模拟信号到数字信号的转变。 灰库监控管理系统软件的运行。 通信功能的实现。通信可以分成两个部分，一个是实现与i c 卡控制器的串行通 硕士论文 视频监控技术在灰库管理中的应用 信，另外一个是与客户端计算机的网络通信。 2 1 3 字符叠加模块 由图2 1 和图2 2 中可知，与原有的电视监控系统相比，改进后的灰库监控管理系 统在前端增加了字符叠加模块，也就是增加了字符叠加器和i c 卡控制器，其目的就是 把司机装灰时携带的i c 卡中的车号、粉煤灰品种等信息叠加到视频画面中。 由于粉煤灰产品在销售过程中存在比较严重的偷盗现象，而原有的电视监控系统很 难通过监视器端的视频图像识别出客户偷盗粉煤灰及私自更改装灰品种的行为。为此， 灰库监控管理系统在设计中利用了视频动态字符叠加技术及i c 卡技术，通过i c 卡控制 器和字符叠加器把i c 卡携带的发货信息转移到视频监控画面中，这样通过视频监控的 图像，管理人员就能准确地得到停留在灰库的货车的发货信息，由此判断出该车的提货 手续是否符合规则。 ( 1 ) 字符叠加器 视频字符叠加o s d ( o n - s c r e e nd i s p l a y ) 技术就是在视频信号中混入字符、时间以 及日期等信号，从而在屏幕的指定位置上与图像信号同时进行显示。这项技术是应用电 视技术中的一个重要领域，在视频监控系统中发挥着重要的作用【2 引。 字符叠加器就是用来产生提货需要的汽车车牌号以及粉煤灰品种的字符，并把它们 叠加到视频信号中。 市场上根据输入信号数的不同，字符叠加器可分为单输入和多输入两种型号，在本 系统中由于每一路摄像机叠加的信息都是不一样的，因此每路监控都需要连接一个字符 叠加器。这里就选用单输入的字符叠加设备。 本文采用了恒和兴公司的单通道动态字符叠加器a v 2 0 7 4 ，如图2 4 所示。其可在 标准p a l 制式视频图像信号上叠加显示日期、时间及中英文字符信息。a v 2 0 7 4 的视频 输入输出信号格式为标准的1 v ( v p - p ) 复合影像信号，采用b n c 接口。通过r s 2 3 2 或r s 一4 8 5 实现数据的传输。 图2 4 汉字字符叠加器 9 2 荻库监控管理系统总体设计 硕士论文 f 2 1 i c 卡控制器 系统中的i c 卡控制就是一个i c 卡读写控制设备，如图2 5 所示。其主要功能有四 个： 与i c 卡通信，读取i c 卡内存储的车牌号、粉煤灰品种信息。 o 与字符叠加器实现串口通信通信，通过r s 2 3 2 串r n 把从i c 卡中读取的信息发 送到字符叠加嚣，然后由字符叠加器产生字符并叠加到视频信号中。 o 输出高低电平控制继电器的动作，由此控制放灰设各阀门的开启与闭合，放厌 指示灯的点亮与熄灭。 0 与信息采集处理计算机实现串口通信，传递刷卡开始与结束的时间。 一 图25 i c 卡控制器 这里i c 卡控制器与字符叠加器和信息采集处理计算机传递数据采用的串口通信协 议设置如下： 刷卡开始显示字符：首字节设为e c 作为标志字第2 字节为除e c 外本命令的字 节数，第3 和第4 个字节分别为行坐标和列坐标，第5 字节为汉字组的数量，从第6 个字节 开始到倒数第2 个字节都是要叠加的字符代码，最后一个字节为除e c 外本命令所有字节 的1 6 进制累加和。 o 刷卡结束屏幕清除：发送两个字符a a 。 2 1 4 其他设备 灰库视频监控系统的运行还需要对原有的部分设备进行改装例如放灰设备阀门控 制方式的改变，将以前的手动操作方式改造成由i c 卡控制器完成开启的自动操作方式。 迭就需要在i c 卡控制器和阀门开关之间加装一个继电器，利用i c 卡控制器输出的高电 平控制阀门的开启。同时为了使管理人员能够更加清晰地了解放灰设备的运行情况，在 扶库的门口正上方安装一个指示灯，由i c 卡控制器通过继电器完成对其的控制。当放 硕士论文视频监控技术在灰库管理中的应用 灰设备阀门打开时，指示灯就会点亮；阀门关闭后，指示灯就会熄灭。 2 1 5 客户端 客户端就是接入发电厂局域网的普通计算机，它可以广泛地分布在发电厂的各个角 落。信息采集处理计算机上监控管理系统处理得到的灰库运行图像资料能够传输到客户 端的计算机上。从而给发电厂灰库的各级管理者查询灰库的监管运行情况带来了极大的 便利，这就加强了企业管理的自动化水平。 2 2 系统工作流程 改造后的灰库监控管理系统的工作流程如下所述： ( 1 ) 车辆进入发电厂进行提货时首先到磅房进行称重。由工作人员在客户的i c 卡中 写入对应的车牌号和粉煤灰品种代码等信息。 ( 2 ) 客户在灰库装货时，使用i c 卡在i c 控制器上刷卡驱动放灰设备电机工作，这 时视频监控画面将会出现i c 中刚写入的信息。监控管理人员可以根据视频上的字符信 息与实际的车辆信息比对，确定该次行为是否正常。 ( 3 ) 装货结束，从i c 卡控制器中取回i c 卡，电机停止工作，同时屏幕上的字符消 隐。 ( 4 ) 车辆离开灰库，到磅房进行二次称重。 ( 5 ) 灰库管理人员可以通过刷卡时间段检索提货车辆在灰库装灰过程的图片信息， 根据显示的结果，可判断灰库放灰过程是否正常。 灰库监控管理系统改造以后，监管人员每天的主要工作就是核对通过软件处理得到 的灰库装灰过程的图片，正常的一个提货过程只产生一张图片，而存在换车现象的装灰 过程则会产生2 幅或者2 幅以上的图像，这就方便了核查判断，同时拥有图像的证据也 使得灰库处理异常装灰车辆更加有说服力。 2 3 软件需求分析 2 3 1 软件功能模块 灰库监控管理系统软件的主要功能就是获取每辆提货汽车在灰库装灰的图像信息。 其实现的原理就是先定时采集灰库视频监控的画面，然后利用图像处理的方法去除重复 的图片，最后显示处理得到的图片结果。 灰库监控管理系统软件的具体模块可分为用户登录管理模块、视频采集预览模块、 图像定时采集模块、串口通信模块、数据库管理模块、图像识别处理模块以及图像显示 模块等。具体结构框图如图2 6 所示。 2 灰库监控管理系统总体设计硕士论文 灰库监控管理系统软件 用 户 登 录 管 理 模 块 视 频 采 集 预 览 模 块 图 像 定 时 采 集 模 块 串 口 通 信 模 块 数 据 库 管 理 模 块 图 像 识 别 处 理 模 块 图 像 显 刁i 模 块 图2 6 系统软件结构框图 灰库监控管理软件每个模块的功能具体阐述如下。 ( 1 ) 用户登录管理模块 用户登录管理模块的设置是为了加强系统的安全性，防止系统遭到恶意修改。用户 登录管理模块又可分为用户登录和用户管理两个部分。用户管理通常包括用户添加、删 除以及属性修改等功能。 ( 2 ) 视频采集预览模块 视频采集预览模块就是通过视频采集卡完成对每路灰库摄像机视频信号的采集，并 在软件界面上预览显示。 ( 3 ) 图像定时采集模块 图像定时采集模块就是就是按照一定的时间间隔保存视频图像信号的画面。该模块 设计需要考虑的有定时间隔时长的设置，图像保存的格式，以及图像保持的路径等。 ( 4 ) 串口通信模块 串口通信模块的功能是实现服务器与i c 卡控制器的串口通信，获得每次刷卡的开 始时间与终止时间。 ( 5 ) 数据库管理模块 数据库管理模块的功能是保存用户信息的记录，图像定时采集的记录以及串口通信 的记录。利用串口通信记录的时间信号对定时采集的图片进行分段。 ( 6 ) 图像识别处理模块 图像识别处理模块就是利用图像处理的方法，去除每个时间段内重复的图像，同时 根据图像的特征对得到的图像结果进行判断标定。 ( 7 ) 图像显示模块 图像显示模块就是显示显示图像识别处理后的所有图片。 1 2 硕士论文 视频监控技术在灰库管理中的应用 2 3 2 软件总体流程 灰库监控管理系统软件的总体工作流程如图2 7 所示。 厂萧 用户登录 视频信号连接打开串口 图像定时采集j 接收串口数据 添加图像采集记录jj 添加数据接收记录 图像进行分段 图像识别处理 显示处理结果 图2 7 软件总体流程 首先登录软件，连接摄像机，实现图像的定时采集，同时打开串口，等待串口数据 的到来。 通过数据库，利用串口获得的刷卡开始及结束的时间对采集到的图像进行分段，然 后再利用图像处理的方法得到每段时间内的典型图片。 最后把处理的图片结果显示在程序的界面上。 2 4 本章小结 本章研究的是灰库监控管理系统的总体设计。具体设计了系统的组成与结构，同时 对软件的需求分析进行详细设计。通过对原有的电视监控系统的改造，使得灰库监控管 理系统更加便捷、有效。 3 系统软件详细设计 硕士论文 3 系统软件详细设计 本章利用v i s u a lc + + 6 0 软件、a c c e s s 数据库以及海康威视d s - 4 0 0 4 h c 视频采集卡 开发包等工具对灰库监控管理系统的软件部分进行了详细的设计。 3 1 数据库访问设计 在灰库监控管理系统中数据库是其中主要的组成部分，是图片分段实现的基础，以 下就是监控系统设计中数据库访问的设计过程。 3 1 1 数据库访问方式选择 v i s u a lc h6 0 是一个功能强大的可视化软件开发工具，全面支持面向对象编程技 术及组件共享技术，给开发人员提供了一个完整方便的开发界面和许多功能强大的辅助 开发工具。数据库操作技术在v i s u a lc + + 6 0 中的应用相当广泛，v i s u a lc h 五0 对数据 库操作主要有以下几种技术：o d b c 技术、d a o 技术、o l ed b 技术和a d o 技术，各 种技术都能实现对数据库的开发。 ( 1 ) o d b c 技术 o d b c ( o p e nd a m b a s ec o n n e c t i v i t y ) 即开放式数据互联技术或者说访问不同数据源 的软件开发包。应用程序通过o d b c 调用o d b c 驱动程序管理器，o d b c 驱动程序管 理器将调用传递给数据库驱动程序，数据库驱动程序利用s q l 语言同数据库管理系统 进行数据传递处理。 目前大多数数据库都拥有o d b c 驱动器，支持o d b c 技术，同时一些开发工具诸 如v i s u a lc h 、v i s u a lb a s i c 以及p o w e r b u i l d e r 等也支持o d b c 技术，但是它们对o d b c 支持的能力可能是不同的，并且也可能不完全兼容。o d b c 通过d l l 接口访问数据库， 没有采取面向对象技术，因此不能用于绑定客户端( 如脚本语言) 。 ( 2 ) d a o 技术 d a o ( d a t a b a s ea c c e s so b j e c t ，数据访问对象) 数据操作技术使用m i c r o s o f tj e t 数 据库引擎来访问数据库，而m i c r o s o f tj e t 主要是为a c c e s s 和v i s u a lb a s i c 这样的产品提 供数据引擎，因此d a o 最适合应用在小型的单系统的数据库中。 在v i s u a lc + + 6 0 程序就可以使用m f cd a o 访问m i c r o s o f tj e t 数据库。使用m f c d a o 进行数据库开发就是利用m f cd a o 数据库类来操纵数据库。但d a o 也有缺陷， 它必须根据使用的数据库改变工作空间，或是用a c c e s s 的j e t 工作空间，或是用o d b c d i r e c t ；而且d a o 结构复杂，有多达1 3 个集合和1 7 个对象，不便于使用。 ( 3 ) o l ed b 技术 1 4 硕士论文 视频监控技术在灰库管理中的应用 o l ed b ( 对象链接和嵌入数据库) 技术是微软公司提供的操作数据库的标准。经 过了o d b c 阶段，对数据存取的要求将从数据库转移到更一般的数据源( 如有一定格式 的文档、电子邮件、电子表格，以及调制解调器传输等) ，同时软件的开发业要求使用 组件形式的可重用的软件包。由于以上的需求使得微软向统一数据读取( u n i v e r s a ld a t a a c c e s s ，u d a ) 方向发展。o l ed b 是u d a 的一个关键组件，o l ed b 是基于c o m 的 独立于数据源的技术，为了同一般的数据源进行交互，定义了一组接口。 o l ed b 功能强大且非常通用，但在同数据源以一种直接的、标准的方式交互时， 其提供的接口不是总能提供最容易的途径，并且o l ed b 也不太适合做v i s u a lb a s i c 和 j a v a 以及其他一些语言的接口。 ( 4 ) a d o 技术 a d o ( a c t i v e xd a t ao b j e c t ) 是一个用于存取数据源的c o m 组件。它提供了编程 语言和统一数据访问方式o l ed b 的一个中间层。允许开发人员编写访问数据的代码而 不用关心数据库是如何实现的，而只用关心到数据库的连接。访问数据库的时候，关于 s q l 的知识不是必要的，但是特定数据库支持的s q l 命令仍可以通过a d o 中的命令对 象来执行。 a d o 可在多种开发环境( 如v i s u a lb a s i c ，v i s u a lc h ，v i s u a lj + + 及d e l p h i 等) 中 使用，只要优点是易于使用，速度快、内存耗用较低和磁盘空间占用较少。a d o 支持 客户端服务器端和w e b 的应用程序，并具有远程数据服务( r d s ) 功能，从服务器可 以在一次往返过程中实现将数据移动到客户端应用程序或w e b 页，在客户端对数据进 行处理，然后将更新结果返回服务器的全过程。目前在w i n d o w s 环境中a d o 是比较流 行的客户端数据库编程技术。 ( 5 ) 访问方式的选择 在视频监控系统软件的设计中，数据库的开发是其中非常重要的一部分，特别是串 口数据库和图像数据库。本系统的数据库访问方式选择了a d o 技术主要的原因是： 首先，a d o 几乎支持目前所有流行的数据库，如a c c e s s 、m ss q l s e r v e r 、o r a c l e 等，写好的访问一种数据库的代码，可以稍做修改就能支持另一种数据库，这就给今后 程序的继续开发带来了便利。 其次，a d o 的学习难度较低，a d o 是以面向对象的思想封装的，其对象和方法都 易学易用，而且a d o 的学习资料很丰富，网上可以找到大量的文档及源代码。 此外，a d o 开发的程序代码量也相对较少，而且代码之间的关系比较简单，容易 维护。 3 1 2a d o 访问数据库编程实现 ( 1 ) a d o 对象模型 1 5 3 系统软件详细设计 硕士论文 a d o 基本的编程模型是：连接到数据源一指定访问数据源的命令一执行命令一若 命令使数据按行的形式返回，则将行存入缓存中一用缓存行的更改内容来更新数据源一 提供常规方法检测错误。 在编程模型中一般需采用所有这些步骤，但由于a d o 的灵活性，有时只需部分模块 就可以完成对数据库的操作。 a d o 拥有6 个对象，即c o n n e c t i o n 、c o m m a n d 、e r r o r 、r e c o r d s e t 、p a r a m e t e r 以及 f i e l d 。这些对象涵盖了所有数据库应用程序的基本类型，包括读写数据、排序、筛选记 录集及更新数据等。各个对象之间的关系如图3 1 所示。 图3 1 a d o 对象编程模型 c o n n e c t i o n 对象是a d o 模型中最基本的对象，用于提供与数据库的连接。其他对 象都是通过它与数据库的连接来完成操作的。e r r o r 对象包含与单个操作有关的数据访 问错误信息，而不是发生的a d o 错误。c o m m a n d 对象用于定义将对数据库源执行的命 令，可以运用s q l 语句，以便执行大量操作或处理数据库结构。r e c o r d s e t 对象用于操 作由s q l 语句执行返回的记录全集。它其实是用s q l 在数据库产生一个记录集，然后 用一个游标来指向该记录集，用该游标来遍历这个记录集。p a r a m e t e r 对象是用来传递 变量、带参数查询或存储过程。很多操作只需要在c o m m a n d 中定义一次，然后通过 p a r a m e t e r 对象就能改变命令的细节。f i l e d 对象是r e c o r d s e t 对象集合的组成部分，每个 f i e l d 对象对应于r e c o r d s e t 中的