智能安防视频监控算法研究与软件开发-开题报告

开题报告毕业设计（论文）开题报告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述文献综述一、课题研究背景现代社会是一个人口密集、高度复杂的社会，面临的突发事件和异常事件越来越多，人的治安防范意识逐渐增强。随着人们对家庭监控、私产安防的需求逐渐增加，用户对家庭安全需求的增长必将带动住宅监控系统的发展。AS曾经在电子报和网站上所进行的一次在线调查中显示1，88.89%的调查者愿意使用手机或PDA设备在任何时间、任何地点观看家中情况。比如，当出现盗贼入侵、意外失火或是煤气泄漏等状况时，监控系统会把报警信息发送到主人手机上，让主人及时获悉并做出处理。安防行业中所谓的“智能化”是指在无需人为干预情形下，系统可自动实现对监控画面中的异常情况进行检测、识别，在出现异常时能及时作出预/报警。由于智能化的安防监控系统更能满足人们对监控安全的需求，因而近几年国内外具有远见的安防厂商与有研发能力的安防监控企业都纷纷投入研发。全程数字化、智能化以及网络化的视频监控系统优势愈发明显，也为整个安防产业的发展提供了更加广阔的发展空间。本课题是来源于淮安市工业发展计划项目：基于WSN和TD-SCDMA物联网技术的火灾视频监控系统研究与开发（HAG-2010030）。该课题是研究开发一款集火焰识别、人体检测等技术于一体的智能监控系统，主要可运用于小区、家庭安防报警以及一些重要场合的安防，以确保住宅、住户的人身或财产安全。智能监控系统将通过CCD摄像头对所在范围内进行监测，实现火焰的识别，以及运动目标的监测，可以确保当前范围内的安全性。在发生意外事件时，可以通过手机提醒用户。该系统可获取实时信息，将会方便用户操作，解决安保困扰，避免因为人不在监视器前而不知道安全隐患的产生，可以及时进行报警处理，提高了安全保障。二、国内外研究与发展现状视频监控技术在20世纪60年代出现，发展大致经历了3个阶段：以模拟设备为主的闭路电视监控系统；基于多媒体计算机的数字化视频监控系统；全数字化的网络视频监控系统2。目前正在向分布式、智能化的方向迈进。毕业设计（论文）开题报告在90年代初以前，视频监控主要以模拟设备为主的闭路电视监控系统，目前已经非常成熟，仍广泛应用于早期智能大厦和智能住宅小区。到90年代中期的近10年内，数字视频压缩技术发展迅速，数字视频监控系统开始应用于监控系统中，以半数字化监控系统逐步向全数字化发展3，但其视频图像生成、传输和矩阵切换大多采用模拟部件。其典型系统结构为摄像机+硬盘录像机的形式4。90年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高，以及各种实用视频信息处理技术的出现，视频监控进入了全数字化的网络时代。网络摄像机是一种结合传统摄像机与网络技术所产生的新一代摄像机，网络摄像机可以将影像转换为基于TCP/IP网络标准的数据包，通过网络传输至远端。摄像机传送来的视频信号传送到WEB服务器，网络上的用户可以直接用浏览器观看WEB服务器上的摄像机图像，授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作或对系统配置进行操作5。另外，考虑到当前发达的网络资源、覆盖范围大的无线信号以及手机的应用越来越普及，把监控作为一项手机功能的拓展，在传统监控系统的基础上加入手机作为移动监控端，成为进行实时监控的一种有效和便捷工具6。而3G技术的移动性、高带宽等特性使得传统的安防监控系统有了进一步的发展，在安防领域带来了革命性的发展，必将带来真正的“任何时间、任何地点、任何终端”的无缝式全面的视频监视业务体验7。传统的治安是靠人防，视频监控主要靠人力现场监控，但由于人工监控本身固有的不足，人力越来越难以胜任分析和理解采集到的数量惊人的视频数据，世界各国政府和学者已在密切关注智能视频监控技术。在国外，美国、欧洲和日本已经开展了大量相关项目的研究。例如，1997年美国国防高级研究项目署设立了以卡耐基梅隆大学为首、麻省理工学院等高校参与的视觉监控重大项目VSAM（VisualSurveillanceAndMonitoring）8，主要研究用于战场及普通民用场景进行监控的自动视频理解技术；英国的雷丁大学开展了对车辆和行人的跟踪及其交互作用的相关研究；IBM与Microsoft等公司也正逐步将基于视觉的手势识别接口应用于商业领域中9。目前国内智能安防视频监控市场日趋成熟与多元化，随着“平安城市”等大项目的推进，以安防为目的的视频监控行业在近年取得了长足发展。国家政策积极导向，2004年，中科院自动化所首次承担了国际科技合作重点项目“人的运动与行为视频分析”，毕业设计（论文）开题报告通过国际合作与交流，于2007年8月份通过验收。该项目建立了国际上规模最大的多视角步态监控图像数据库，已被27个国家119个单位使用10。同时，安防监控产品走向民用化，民用市场的安全监控问题日益受到人们重视。在国外这一市场已经初具规模，但在国内市场仍处于萌芽状态，是尚待开发的沃土，已经成为众多厂商的必争之地11。目前，民用化门禁系统和报警系统成为民用化监控市场主流，例如汉王C330，搭配TI高速数字媒体处理器，专用双摄像头形成立体识别效果，人脸识别更卫生，唯一性更强；小门瞳彩信报警器V90系列，可通过发短信可以命令小门瞳拍照并发回彩信照片到手机或电子邮箱，且支持移动侦测报警技术12。智能视频监控系统的关键技术主要涉及运动目标检测和提取、目标跟踪、目标分类和目标运动行为分析及理解4个方面。在智能安防监控系统中，需要计算机理解真实环境下的事件及目标行为，则首先要从视频图像中检测、跟踪到运动目标，然后将检测到的目标分类为事先定义好的类别，再分析目标行为13。（1）运动目标检测运动目标检测以视频运动对象的分析作为主要内容，近年来，随着运动对象检测技术的发展及在视频监视、编码、基于内容的检索等领域的重要用途，得到日益广泛的研究与应用14。对于运动目标的检测，常用的方法有背景差值法、图像差分法、光流分割法和模式匹配法。由于光流分割和模式匹配等方法数据计算量较大，无法满足实时检测的要求。背景差值法计算简单、速度快且检测准确，但需要在背景静止时检测有效，对于背景变化的场合不适合。对于背景变化的场合，可以采用图像差分法，即通过检测图像序列相邻两帧对应像素点之间灰度值的变化确定移动的物体15。（2）目标提取在计算机视觉领域的研究中，目标提取的任务是从单幅图像或序列图像中将感兴趣的目标与背景分割开来，用于后续的处理。感兴趣的目标一般是指视野中的运动物体，需要通过分析序列图像获取；或者是特定类型的物体，如人脸、车辆等，可以通过分析单幅或序列图像提取16。传统的运动目标提取方法主要有两类，一类以空间同性为准则，考虑到背景运动具毕业设计（论文）开题报告有相同的运动矢量，对图像进行运动估计，合并相似的运动区域以得到最终的提取结果。这类方法提取结果比较准确，但是计算量大，在实时性要求较高的场合，难以达到要求。另一类以时间变化检测为准则，利用帧间差分以区别运动变化区域与静止背景区域，从而得到提取结果。这类计算量小，但是提取结果不如前者，尤其是在运动速度较慢时17。（3）目标跟踪目标跟踪的任务是通过对图像序列的处理，准确估计出感兴趣目标物在每个时刻的运动参数，包括位置、大小、速度、加速度以及运动轨迹等，为行为理解等更高层的任务打下基础。目标跟踪算法主要由两个部分组成：（a）目标物表示：核心在于特征的选择和提取，即用什么特征来描述和表示感兴趣目标物。（b）运动状态估计。主要算法有：确定性方法和概率方法18。（4）目标分类所谓目标类别就是从语义意义上选取的典型物体，如“汽车”、“行人”等。目前，基于视频的运动目标分类方法已经有很多，主要有以下3类。第1类是基于形状信息的分类，即利用检测出的运动区域的形状特征进行目标分类的方法；第2类是基于运动特性的分类，即利用人体运动的周期性或与运动相关的特征进行目标分类的方法；第3类分类方法是将以上两种结合起来。（5）行为分析与理解行为理解可以简单地被认为是时变数据的分类问题，即将测试序列与预先标定的代表典型行为的参考序列进行匹配。行为理解的关键问题是如何从学习样本中获取参与行为序列，并且学习和匹配的行为序列必须能够处理在相似的运动模式类别中空间和时间尺度上轻微的特征变化19。目前的方法主要分为两类：一是基于统计模型的方法：根据一定量的样本数据学习产生一个统计模型，基于模型进行行为匹配；二是基于模板的方法：基本思想是首先将图像序列转换为一组静态形状模式，然后在识别过程中预先存储的行为标本相比较20。三、发展趋势视频监控领域各项技术的逐步成熟，在推动行业发展的同时，客户需要在时代背景下也发生了变化。客户已不满足于现有的标清视频体验，向更高清的1080P迈进，同时，毕业设计（论文）开题报告智能、移动化的需求，也成为未来视频监控行业的发展方向21，高清+智能已经成为监控市场发展的下一个发力点。1更加的高清化由于安保工作中，视频监控的清晰度对于安防工作的效率有着极大的影响，因此网络摄像机在发展的过程中，不断追求更高的清晰度肯定是其发展的主要方向。2000年，以波粒科技为首的监控厂商在行业里刮起了“高清旋风”，从此高清这一概念深入人心。近年来，在整个安防行业，有关高清的概念和词汇，一直处于炙热状态。如智能交通或平安城市。龙头级企业如海康威视、大华纷纷拓展产品线，加大解决方案方面的研发与投入；一线监控厂商也几乎都在高清解决方案方面大做文章，力求在高清市场上占有一席之地22。2.智能化智能化可以说是当前各类摄像机的发展方向。做到高清智能监控除了前端的摄像设备外，后端的存储产品也应做到智能化。尤其对于网络摄像机而言，智能化的地位也有着从锦上添花向基础功能的转变趋势。虽然当前的网络摄像机普遍已经有了很高的智能程序，但是如果在自动搜索、行为识别的功能上得到进一步突破，相信它对安防工作的帮助会得到提升23。四、关于“智能安防视频监控算法研究与软件开发”课题的启发目前，国外的安防监控系统或产品供应商不断向国内引进智能化产品，而国内的智能安防监控系统或产品也不断出现，视频监控系统得到了广泛应用，但同时，也给专业人士带来一些困扰，即智能视频分析识别能否起作用？能否满足我们在不同场合对安全的不同层次的需求？这些问题，更驱动着国内外各专家学者们不断的进行智能视频监控的算法研究，在不同场景要求和不同安全层次需求下，不断增加算法的鲁棒性和可实现性。目前国内普通小区和高校的监控多以PC机为主，只能起到简单的视频记录功能，同时需要配备专人监视屏幕，但这种通过人工的方式对屏幕监控是一件麻烦而坚巨的任务，更有甚者，小区中的监控摄像头沦为摆设。在视频监控智能化方向，有待进一步的提高。毕业设计（论文）开题报告参考文献1A&S在线调查.A&S：国际中文版，2005年第4期2刘富强，卢赤班.数字视频监控系统及其应用J.工矿自动化，2003年6月第3期：31-333江潮，苏祥芳，刘立海等.基于网络的数字视频监控系统N.武汉大学学报（自然科学版），2000年第46卷，第5期：608-6124吕优，张九根.安防视频监控系统设计研究J.低压电器，2009年第14期：36-395杨广学，李凤娇，慕香永.基于物联网的家居安防系统设计J.计算机应用，2010年12月第30卷增刊2：300-3036张海军，张建军，杨印根.智能综合安防监控系统的设计与实现J.电子技术应用，2009年第8期：132-1357赵胜男.3G无线视频监控业务发展状况及策略分析J.电信科学，2010年第9期：153-1568CollinsR,etal.Asystemforvideosurveillanceandmonitoring:VSAMfinalreportJ.CarnegieMellonUniversity:TechnicalReportCMU,20009Y.L.Tian,L.Brown,A.Hampapur,etc.IBMsmartsurveillancesystem(S3):eventbasedvideosurveillancesystemwitha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