基于USB摄像头的自动监控系统.pdf

第2 5卷 V ol 2 5 第 6 期 N 0 6 计算机工程 与设计 C OMPU TE R ENG刀 又EE R IN G A N D D ESIGN 2 叉辫年6月 Ju n 20 04 文章编号 1000 一7024 2 004 0 6 一09 88一02 中图分类号 TP336 文献标识码 A 基于 usB 摄像头的自动监控系统 阮林波 曹锦云 西北核技术研究所 陕西西安7 10 0 2 4 摘要 针对价格昂贵的监控系统 提出了利用普通的 uSB 摄像头实现对 自动监控系统 的设计 通过对 图像采 取帧间相 减技术 相关性检测技术和边缘提取技术来提高报警精度 介绍了该软件的设计和 流程 关键词 相关性检测 边缘提取 a vi ca P A uto ma tiem on ito rsystem b a sedon USB c a m er a R UANLin 一bo CAOJin yun N or t hw e st I n s tit o t e ofNuclea r T e ehn olo g y Xi a n 7 10 024 Ch in a A bst r a ct T he auto m a t iem onito rsystem ba sed onor dln ar y U SB ea m e r a 15imPlem en ted I n o r d erto i m Pr o veala nna e eu r aey t h e f r a m esubt r aet e o r r e l a tio ndet e ctio n a n d ed ge ext ractio nte eh nolo g y w er eadoPt ed f o r t h eim a ge A i t h e sametime t h edesig n a nd Pr ogr amf lo wg r aPhofs of lw a r ea r e int r od ue ed in d et ai l K ey wo rds eo r r e lat io n d e te etion ed geext raetio n a viea p 1 引 言 U SB摄像头由于 它的价格低 功耗小 与计算机连接 方便等特点 目前己得到广 泛使用 我们设计的 自动监 控系统就是基于普通的U SB摄像头 利用W in do w s 内部 提供的A v i ca p 动态连接库 通过结合图像的帧间相减技 术 相关 性检测技术和边缘提取技术实现对环境的自动 监控 并同时完成报警和图像记 录等工作 2 系统结 构 自动监控系统主 要包括USB摄像头 图像获取单元 图像判别单元和报警单元等部分 图1为系统原理图 一 毗 判别单元 目 u s B摄像头 日 图像获取单元 日 报 元 日 记录模块 图 1 系统原理图 U SB 摄 像头将获得的视频信号实时地传输给计算 机 计算机对获得的视频 流每隔25 0 m s进行一次处理 对 图像进行判别 如果有情况 则发出报警信息 同 时对获得 的视频做记 录 直到报警信息解除 获得的图像采用 了3种 图像判别方法 帧间相减技术 相 关性检测和边缘提取技术 3 1 帧间相减技术 帧 间相减技术较为简单 它 的 原理 是系统首先获得 外部静态环境的原始图像 当监控启动后 每隔25 0 m s采 集一幅图像与原始图像进行像素值比较 设定一 阂值 当 超过它表明有物体进入观察区域 通 过 调 整 闽值的大小 来改变报警级别 1 2 相关性检测技术 相关性检测技术是指当给定一幅图像大小为M x N 的数字图像f x y 与另一幅 图像同样大小的数字 图像 w x y 比较 求它们 之间的相关性 它们之间相关定义 如式 l 所示 R m n 艺艺月不劝w x一m 少一n 1 其中m 0 二M一1 n 0 二N 一 1 在对 1 式进行归一化 由 2 式表示 艺艺 爪 y 众一m y一n Z 艺广 x对 2 3 算法原 理 在 自动监控系统中 为提高报警的精度我们同 时对 n值越大表示 两幅图像越近似 通 过对 的闽值设置 来 判别是 否报警 3 3 边缘提取技术 当物体进入监控范围后 通过提取它 的边 角 峰 谷 等局部视图区域中最富有结构 纹理和运动信息来判别 收稿日期 2 0 0 3 一03一26 修订日期 20 03 一06一19 作者简介 阮林波 1972 一 男 重庆人 工程师 硕士 研究方向为辐射成像和图像处理 9 8 8 我们采用边缘提取技术 如So b e l 滤波等 来获得目标的 边缘图像 然后将获得的目标轮廓抽象成圆柱几何模型 如图2所示 并利用数学几何方法求出每一部分圆柱 的质心 表示为特征 向量 如 图3所示 11 1 1 1 1 1 1 1 图2 目标轮廓 图3 目标特征向量 根据人体生理特征和运动特征 各特征点间存在着 一定的距离比例 关系和方位关系 在检测 过程 中将各目 标的特征点间的距离比例参数和方位参数与人体相应的 标准参数比较 若在一定 的误差允许范围内 则表明 该 目 标是人 系统发出预警 为提高报警的精度 我们将3种判据进行融合 当所 有的判据都发出报警时 系统进入报警单元和记录单元 同时判别单元继续进行工作 直到报警结束 记 录停止 4 软件设 计 整个系统 的软件都是在基于Mi cr os o f t 公司的V B 基 础 上 开 发 的 利用A i ca P D LL控件来完成视频数据流的读 取 图4为程序流程 图 4 1 摄像 头初始化程序设计 USB摄像头作为一种 热插拔的计算机外设 应 用时需要通过调用它的驱 动 程序获得 对它的控制 权 监控软件首先对它进 行初 始 化 其 中用 到了 A v i c即 DL L控件 以下是 它的V B程序设计代码 Publ ieFun etio n IIl l t USB Ca J叮er a DimCa PsA s CA尸 D刃V ER CAPS 开开始始 系系统初始化化 读读取图像像 报报普单元元元 记录单元 元 ea PPre view seale lw ndC 肠u e ca Pprev iew R a t e lw n d C 6 0 设 置UsB摄像头视频流 的速率 c appreView l 帅d e T r u e 设置uSB预览模式 EndFun etion 4 2 图像判别程序设计 图像判别程序设计包括了从视频数据流得到图像数 据程序模块和图像判别程序模块 为了提高判别效率我 们采用了多进程 的编程方式 结合3种判别算法实现对 数字图像的处理 下面是获取单帧图像的V B程序设计 Pu blieFu n ctio n I ma g eC a Pt o reO ca PEd i t c叩ylw n d c 将单帧图像存储在内存 P i ct L止e cl i P b oa rd G eoat a O I获得 内存图像 h B it l n 叩冲i c tu r e Ha ndle r e s二 G dob je c b Bit l n a p Le n bmp bm P 取 得B IT MAp bm P文件 的结构 t ot h y t e约m P bm widthBy t es b哪 bm ileis h t 总共要 多 少B Y TE来保存 图像 R eD im by t eAryl eL n g totby t e 一 l r es G e t B it m apBi t s h Bi t ma P t otby t e by t eA刁 0 将 P i c t u r e 中的 图信息存到By t eA 口数组中 E nd Fun ct io n 4 3 软件的应用 应用程序界面分为预览区 图像采集判别区和控制 单元 当监控程序启动后 首先根据环境情况获取静态 图像 图5为启动后的界面 当有人进入监控区域 应用软件进入报警状态 如果 连续3幅图像都提示报警 软件 自动进入报警单元 通过 发出提示信号提醒监控者 同时记录下视频文件 以便于 回放调用 图6为报警状态的程序界面 图4 程序流程图 图5应用程序界面 e a PG etD r iv e rDe scr i P t i o往A O IPsz N a m e 100 I Ps z V e r 100 获得uSB摄像头的驱动信息 lwndC c a p Cr e a t e Ca Ptu rew indowA WS e svlsI B LE O rW S C HI LD 10 10 For ml Sea l ew i dth 2 3 For ml Sca l eHeig h t 22 3 Me h w n d o 提供 显示区域 If ea PD r i V er Co n n e e l w n d C 0 T h en e 叩Dr i v er Get C a P slw n dC 确 rPt r Ca P s Len Ca P s 获 得U SB摄像头性能 图6为报警状态的程序界面 T转第99 5页 一989一 publie幸oi d灼bCrea t eO t h r ows Cr ea t eE xeeP t io n t r y I ni t i al Con t extie new I niti alCo nt ext ea teh Na m ing E x eePt io nn e throw n e w Cr e a t e Ex eePtion Fai l e d t o f i n d e n v i r o n m e n tv al此 n e ret u m t ra红Re s ui t ea teh Ex e印t ione e P r i nt st ack子r ace t h r own ew EJ B 取 e ePtio n e pu blieT ra n Re sui t br ow s e string d m t r y eolle etso n e o一 ly H ome f i n拐igL ys d m i取ol isE 哪t y o retum n u ll el se 王 Tta nR e sui t t ra立R七suh二n ew T r anRe sult eol sizeo It er a f o r it e ol iter ato式 f o式in i i 乒 tranRe suxt le ngth i料 L y bigL y 二 L y por tableR em oteo b ject n a r r ow i t n e xt o L y ela ss 妞九Re sult i n e w 肠a nR es u lt S侧ng big L y ge tpr i m 卿K e y bi g L y m eO 6 结束语 使用本文提出的设计模式 可建立先进 安全 跨平 台 高效率的大型网站 同时可 以提高网站的可维护性和 伸缩 性以及开发效率 笔者已将之应用于基于J Z EE 的 研触b应用 固定资产管理系统的实现之中 参考 文 献 1 2 Mieha elGlrd ey R ob Wd olle n S皿d r a LEm erso n JZEE 应 用与BE A w e bLog i c s er v e r M 北京 电子工业 出版社 2002 114 一115 RahimA da t ia F a沈Ar ni Kyle G abha r t e t a l E J B 编程指南 M 北京 电子工业出版社 2002 43 8 一44 3 上接第989页 5 结 束 语 通过普通USB摄像头 采取帧间相减技术 相关性检 测技术和边缘提取技术对图像进 行判别 实现了对静态 背景环境的自动监控 该系统可用于保 安 监控等场合 参考 文 献 郑磊 用V C料6 0 的A VI Ca P窗口类实现视频采集编程 J 电子技术 2000 5 阮秋琦 数字图像处理学 M 北京 电子工业出版社 200 1 Mi er osof t 公司 功su alBa sie 中文版程序员指南 M 1999 l 仪 3 上接第9 9 1页 图4为利用CC D得到的干涉环条纹图像 灰度图 图5为用文 中算法检测后得到的结果 检测出的条纹位 置用蓝点标出 为了清晰地看到检测出的结果 将图5 进 1行 了放大 图6即是 图5的 宽和高各放大 1倍后 的结 果 从图6可以看出 文中算法能够很准确 地检测出图 像中的条纹 并且 运行速度很快 足能满足应用的要求 5 结论 参考 文 献 l 2 3 文中算法克服 了 图像 中噪声的干扰 比较精确地检 测出图像中的干涉条纹 但是 文中算法的精确度受到 所划分区域的影响 而划分区域的精确大小只能通过实 验来确定 在本文算法中 当图像中的干涉条纹明显而 稀疏时 小区域就可大一些 图像中的干涉条纹密集时 小区域就应小一 些 文中算法的精确度并不受到检测方 向的干扰 所以可以沿多个方 向构造多条直线对一幅 图 像进行多方位检测以满足其它实际应用 4 5 6 刘京南 陈从颜一种快速二维嫡闽值分割算法 J 1 计算机 应用研究 2 002 l 黄贤武 苏鹏程 柏培权 基于方向滤波分割 的指纹自动识 别系统算法 J 中国图像图形学报 2 00 2 8 何斌 马天予 王运坚 等 V i s u a 1C 数字图像处理 M 北 京 人民邮电出版社 200 1 Me b th reB M Segt ne nt