开题报告家居安防

文献综述随着物质生活水平的提高，人们越来越重视自己的生活质量，人们总是希望生活在更安全、更舒适的环境里。智能家居系统的广泛应用，使人们生活的更舒适。在国内山于新建住宅都是以住宅小区为主，所以智能家居产品也要适合中国的国情循序发展。经济的飞速发展伴随着城市流动人口的急剧增加，给城市的社会治安增加了新的课题，人防的保安方式已不能适应人们的要求。随着网络、通信和微电子技术的快速发展，图像技术的逐步成熟，视频监控产品也正经历着从模拟化向数字化、网络化的革命，而迅速发展起来。如今基于视频监控，利用图像处理识别技术的数字化安防系统以实时性好，无人坚守，可以远程监控等优点应时而生，逐渐取代模拟化的安防系统。带有视频监控的智能家居以其独特的优点应用而生。下面介绍智能家居和视频监控系统发展历史和研究现状。1.研究历史1.1智能家居的发展历史自从20世纪70年代中期智能家居技术在美国诞生以来，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居方案。1984年世界上第一个智能建筑在美国康倪迪格州出现。德国弗劳恩霍研究会与11家公司联手合作，建成世界上第一座智能住宅样板房，向人们展示了未来住宅的发展前景[1]。2003年深秋，汉城对网络家电做了一次近距离的体验。在进家前，通过手机接通了网络家电的中央遥控器，空调器在主人的旨意下，通过远程遥控开启了所需要的温度，同时所有门窗将自动锁闭以保证能源的有效利用。走进房间时便觉得温暖如春，全无室外深秋的感觉。同样，手机和遥控器还可以指挥其它电器开始工作。洗衣机此时正在洗衣、干衣，并通知主人衣服已经烘干。而且设计在冰箱上的电脑显示器显示着冰箱内所存储的食品及物资是否短缺并及时从网络上下载菜单，告诉你烹饪方法及配料。显示器还可以切换为电视机的功能，使你不失时机的收看新闻了解国内外大事，同时可从网络上下载和欣赏电影节目。面对满屋子的照明设备，等你上床后，轻按遥控器，所有灯具会在你的旨意下一一关闭。面对舒适的网络家电生活，让人感到一切尽在掌握中[2]。2003年，微软、索尼等数家技术巨头宣布了一项名为“数字家庭组织”(DigitalHomeWorkingGroup)的结盟计划。该计划将使计算机、DVD、移动电话在家庭网络中可以彼此通讯。Intel,HP和Nokia也加入了该组织，并为将来的产品选择网络技术。[3]2.1视频监控的发展历史视频监控系统的发展历史大致经历了三个阶段：九十年代初以前的模拟监控系统，九十年代中期的数字监控系统和九十年代末兴起的智能监控数字系统[4].在九十年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，它使用的是模拟信号传输视频数据，称为第一代模拟监控系统。系统的网络结构主要是一种单功能、单向的信息采集网络，介质专用。它的缺点是有线模拟信号传输受距离影响很大，无法联网，只能以点对点的方式监视现场。九十年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，利用显示器的高分辨率实现图像的多画面显示，从而大大提高了图像质量，这种基于PC机的多媒体主控台系统称为第二代数字化本地视频监控系统。九十年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以及各种实用视频处理技术的出现，视频监控步入了全数字化的网络时代，称为第三代智能视频监控系统，也称为网络多媒体监控系统。第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命。现在的监视系统不仅用摄像机代替了人的眼睛，而且使用计算机代替人来分析监控场景出现的运动目标和发生的事件，完成相应的控制、报警等任务，形成了智能化的监视系统，己经受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视。目前，模拟系统已发展非常成熟、性能稳定，在实际工程中得到广泛应用，数字系统迅速崛起，但尚不完全成熟。视频监控系统正处在数字和模拟混合应用，并将逐渐向数字系统过渡的阶段。在国内外市场上，主要推出数字控制的模拟视频信息和数字视频信息两类产品。前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛;后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端，但仍需进一步完善和发展。近年来，随着集成电路和计算机技术的迅速发展，智能化视频监控的市场需求日益加大，如何利用数字图像处理、计算机视觉等技术与传统监控相结合，设计出同时具有运动检测、目标跟踪、目标分类和运动理解等功能的高智能化监控系统是当前国内外关注的热点。很多国家纷纷将其列入重要的研究计划，许多关于视频监控的大规模研究项目己经展开。智能视频监控分析是计算机视觉领域一个新兴的应用方向和备受关注的前沿课题，结合了计算机科学、机器视觉、图像处理、模式识别、人工智能等多学科。智能视频监控分析是在不需要人为干预情况下，利用计算机视觉和视频监控分析的方法对摄像机拍录的图像序列进行自动分析，包括目标检测、目标分割提取、目标识别、目标跟踪以及对监视场景中目标行为的理解与描述，得出对图像内容含义的理解以及对客观场景的解释，从而指导和规划行动。其中，目标检测、目标分割提取、目标分类、目标跟踪属于计算机视觉中的中级处理部分，而行为理解和描述则属于高级处理。运动目标检测、分割、识别与跟踪是视频监控中研究较多的四个问题；而行为理解与描述则是近年来被广泛关注的研究热点。目前，对智能视频监控分析的研究与应用方兴未艾。2．国内外发展现状2.1智能家居的研究现状中国的智能家居行业刚刚起步，它还显得比较稚嫩。国家尚没有正式颁布相关的行业技术标准，厂家采用各自不同的技术解决方案，这在某种程度上制约了中国智能家居行业的发展，在今后相当长一段时间内技术的整合趋势将形成统一的标准。目前出现的几种智能家居解决方案及对比[5]：技术特点处理能力操作系统应用软件实用性功耗系统稳定性以PC做为整个家庭智能控制系统的服务器，加上些外围的扩展设备。强pc操作系统与硬件无关，代码重用率高仅仅停在概念阶段高很差，易受病毒攻击，不能长时间稳定工作以一颗或多颗单片机作为核心处理单元，加上定制的硬件和软件弱无直接对硬件编程，代码重用率低适合比较简单的应用，扩展性不强低主要采用模拟电路设计相对复杂，稳定性不强基于嵌入式系统设计作为核心强定制的嵌入式操作系统与硬件无关，代码重用率高适合比较复杂的应用，扩展性很强低采用数字电路设计结构简单，稳定性强波创BECHAMP智能家居依靠3C技术（ComputerTechnology、CommunicationTechnology和ControlTechnology）在2008年12月份设计出一套智能家居系统，系统包括TFT7寸彩屏可视对讲，小区局域网，触发报警，继电器触发点亮灯光，控制窗帘的开关和GSM无限传输。用户可以在家接收到小区管理中心发出的小区公告和新闻。通过GSM无线网络接受到报警信息.[6]北京易居时空科技发展有限公司是中国最早开始“智能家居”产品研发和生产的公司，它开发了EnjoySmart家庭自动化系统，向住户提供了家电统一管理、照明控制、供电控制、室内无线遥控、防盗报警、家居安全保障、温度自动检测调节、电话远程控制及互联网远程监控等智能化家居服务。易居科技的智能家居系统以用户需求为中心，参考美国电子工业协会EIA-600及ETA-709规范设计，符合HomePmP1.0以及CEBus规范。具有良好的开放性、兼容性和进一步升级能力，为人们提供一个安全、舒适、方便、节能，而又充满个性化的居住空间。它将各种消费电器组成轻量级家庭局域网，通过专用网关与Internet互联。其核心技术是网络家电的接口，以Motorola的DigitalDNATM技术为硬件基础，通过自行设计的实时多任务内核、CAL语言解释器、事件管理机等组成分布式逻辑推理网络，实现了多种设备的即插即用和协同工作。[7]深圳达实智能股份有限公司开发的新一代智能家居控制器系列DHC100/200/300，拥有完全自主的知识产权。该产品沿袭了达实“智能家”系列稳定可靠的特性，并结合计算机、通讯、控制、互联网等领域的先进技术，充分满足了智能小区建设和智能家居的实际需要。以“智能家300”为核心的家居智能化管理系统提供了国内领先的智能小区解决方案。2.2.视频监控的国内外发展现状2.2.1国内发展现状在国内，越来越多的大型监控系统项目(如平安城市)因其监控点多、地域分布广，传统监控模式己经不能满足网络化远程监控、智能化监控的新需求。虽然目前监控系统前端设备中模拟产品还占据大部分市场，但从系统本结构来看，目前监控系统几乎完全进入网络视频监控时代。目前，随着电信运营商的介入和用户对网络视频监控的逐步认可，网络视频监控在市场份额上占据了越来越大的比例，08年网络视频监控路数大约在470万路左右，已经占据总视频路数的40%以上，预计2-3年后，网络视频监控将占据50%以上的份额，超过DVR市场。此外，随着“平安城市”建设，越来越多的城市使用网络视频来解决大范围视频监控系统在管理、使用、共享、维护方面存在的问题，导致对平台管理软件的需求如井喷式发展。目前平台的总体数据流已经超过50万，增长速度在每年10万数据流。[9]视频监控系统的应用范围正在延伸，除了应用于安防领域外，它还可以用于娱乐共享、网上直播、商业分析、河流检测、环境管理、排污监测、企业远程视频展示、森林防火等领域。如旅游景点，利用视频监控方式，用户登录景点区网络后，可以观测到景区实时画面，从而判断出游的价值。如宝宝在线系统，家长通过网络可实时实景观察到孩子在幼儿园学习、生活、游戏的情形。借助医院、敬老院的监控图像，值班医生可集中观察各病房病人情况，同时也方便家属远程看护病人。在基于图像处理视频监控研究方面，国内的研究机构主要有:中科院北京自动化研究所下属的模式识别国家重点实验室，他们对交通场景的视觉监控(基于三维线性模型定位、基于扩展卡尔曼滤波器的车辆跟踪算法)、人的运动视觉监控(基于步态的远距离身份识别)和行为模式识别(提出了对目标运动轨迹和行为特征的学习的模糊自组织神经学习法)进行了深入研究，取得了一定的成果。2006年MingyingZhao和Zhao给出一种新的目标检测分割算法[10]，与传统的两张图片检测分割移动物体不同，此篇文章所介绍的方法是使用连续的三帧图片来检测移分割动物体。其优势在于对背景的敏感程度要比使用两张图片检测物体小得多。2004年Xu和Landabaso给出一种在复杂动态场景中多目标的检测分割和跟踪算法[11]，文章介绍了阴影移除法的运动物体分割，最后依据这种方法给出了较好的实验结果。VishalMarkandey提出用光流法实现目标分割[12]，对于每帧图像，把YUV分量分别映射为光流分量，判断光流分量的变化，从而实现对动目标的分割。2002年HironobuFujiyoshi和TakeoKanade提出了一种从实时视频流中检测多重重叠目标的方法-分层检测法[13]2.2.2在国外，网络视频监在家庭视频监控和智能视频监控方面发展较快，技术水平领先于我国。在美国，at&t公司结合它在固定电话网、移动电话网、有线电视网、互联网等网络基础设施上的优势，与杰尔系统的TrueONE解决方案相结合，为用户提供电信级的手机或PC上的视频监控应用，以及IPTV,VoIP等大数据量应用，将数字家庭的智能监控服务送达到远端的PC或手机上，支持无线和有线的视频监控方案[14]。在日本，NTTdocomo公司利用自身在移动服务上的优势，推出了i-mode运营模式，可以直接通过手机或PDA远程控制家中的智能家电，在远程监控上采用了“M2M远程控制’，的理念，实现人和机器、机器和机器之间的远程控制[15]。NTT推出了可通过因特网或FOMA手机控制的HC-1000监视摄像头，该设备采用300万像素CMOS感光器，2倍数码变焦，以太网接口，支持802.11a/b/g，可拍摄QVGA画质的视频;内建“主动防御”系统，可发出刺耳的警报声吓跑盗贼，甚至还有麦克风/扬声器双向通信系统，方便用户与盗贼谈判。NTT-Neomeit还推出了通过PDA或手机远程控制家电和接收监控报警信息的服务，使用起来非常方便。除此以外，还实现了生物认证，通过生物认证研发了自动门识别系统，人们站在安装于入口处的摄像机前，只需约1秒钟的时间，如果确认来人为公寓居民，大门就会打开，非常方便。在韩国，KT和SK电讯在数字家庭的远程监控和报警上大量采用了无线传感网络中的普适计算技术(UbiquitousComputing，采用Zigbee的无线传输协议对家中的智能监控设备进行管理和监控，并支持通过PC或手机对数字家庭设备远程监控信息的获取和基于IP的视频监控点播，用户点播时直接由数字家庭网关提供视频的处理。KT将数字家庭监控及联动报警系统称为Nespot系统，该系统立足于“控制与防止”，将有线与无线网络结合于一体。采用Nespot系统，不论用户在家还是在外，都可通过微型监视摄像头、安装在门上的传感器、煤气泄漏传感器等，将家庭状况实时传到用户的电脑、手机或PDA上。用户也可以远程遥控开灯，使家里看上去有人在。紧急情况下，用户还可以呼叫急救中心对家中的病人进行救助[16]。另外，英国电信、法国电信和西班牙电信也在家庭网关和家庭视频监控方面取得了很好的发展。参考文献[1]SheerazAhmed,AkifullahKhan,InayatullahBabar.MonitoringDetectionandSecurityMaintenanceusingWMS-WebcamMobileSurveillance.EmergingTechnologies,2007.ICET2007,Nov.2007[2]Gualdi.GPrat.A,Cucchiara.R.VideoStreamingforMobileVideoSurveillance.Multimedia,IEEETransactionsonVolume:10Issue:6Oct.2008Page(s):1142-1154[3]Matusek.F.Pujolle.G.Reda.R.VSLC:VideosurveillancenetworkcontrolmobileVideoSurveillanceLocalcontrolengineeringandapplications.WirelessDays,2008.WD08.1stIFIP,PublicationDate:24-27Nov.2008[4]吕潇超.数字视频监控系统研究与实现.西北工业大学.硕士学位论文.2007.3[5]嵌入式技术助力智能家居波创科技[6]一套嵌入式智能家居设计方案波创科技[7]中国电信股份有限公司北京研究院，网络视频监控关键技术的发展，通信世界，2006[8]李韶驰，谢赞福等.一个智能家居系统设计方案.广东技术师范学院学报.2003.No.4:9~10[9]中国电信网络视频监控业务技术规范(V3.0)一中心服务平台分册。中国电信，2007.[10]郑世宝，智能视频监控技术与应用。视频应用与工程，2009.01[11]Xu,L.-Q.,J.L.Landabaso,andB.Lei,Segmentationandbackingofmultiplemovingobjectsforintelligentvideoanalysis.BTtechnologyJournal,2004.22.[12]Markandey,V.,MotionEstimationforMovingTargetDetection.July,1996:p.8.[13]Kanade,H.F.a.T.,LayeredDetectionforMultipleOverlappingObjects.IEEE,2002:p.6.[14]YaelPritch,AlexRav-Acha.NonchronologicalVideoSynopsisandIndexing.IEEETRANSACTIONS 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高智能家居的舒适性和便利性。3.1硬件技术的可行性采用S3C2440核心板。S3C2440是韩国三星公司推出的一款高档的,可用于手持设备、智能家电等便携产品开发的嵌入式微处理器,其主频处理速度达到400MHz,完全可以满足音频和视频的处理要求。本系统选用的是CCD摄像头，它具有很宽的感光光谱范围，其感光光谱不但包括可见光区域，还延长到红外区域，利用此特性，可以在夜间无可见光照明的情况下，用辅助红外光源照明，也可使CCD图象传感器清晰的成像，来实现24小时不间断的现场图像拍摄。继电器触发蜂鸣器报警和点亮室内的灯。可以通过数字IO口和光耦隔离电路来实现。控制面板上的开关可以通过RS-485通信与主控制器进行通信3.2软件技术的可行性本系统运用嵌入式设备中常用的WINCE操作系统。

WindowsCE是微软公司嵌入式、移动计算平台的基础，它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统，它是精简的Windows95，WindowsCE的图形用户界面相当出色。其中CE中的C代表袖珍（Compact）、消费（Consumer）、通信能力（Connectivit)和伴侣（Companion）；E代表电子产品（Electronics）。与Windows95/98、WindowsNT不同的是，WindowsCE是所有源代码全部由微软自行开发的嵌入式新型操作系统，其操作界面虽来源于Windows95/98，但WindowsCE是基于WIN32API重新开发、新型的信息设备的平台。WindowsCE具有模块化、结构化和基于Win32应用程序接口和与处理器无关等特点。WindowsCE不仅继承了传统的Windows图形界面，并且在WindowsCE平台上可以使用Windows95/98上的编程工具（如VisualBasic、VisualC++等）、使用同样的函数、使用同样的界面风格，使绝大多数的应用软件只需简单的修改和移植就可以在WindowsCE平台上继续使用。EVC全称EmbeddedVisualC++,是WindowsCE下软件开发工具之一.EVC的界面和VC差不多，同样支持SDK、MFC、ATL，所以直接就能上手编写代码。eMbeddedVisualC++包含了一套在桌面系统中运行的工具，可以显示同该系统进行连接的使用WindowsCE操作系统设备的详细信息。这些工具大部分都是由现在或者以前的VisualStudio工具改造过来适应智能设备的。例如，RemoteSPY++和RemoteZoomin都是针对桌面版本的工具。本系统利用EVC开发人机界面4创新性分析本次智能家居安防系统的设计，实现在无人的情况下，对家里进行监控，通过因特网来实现远程监控。当发生报警时可以通过局域网传到小区的保卫处，同时利用GSM无线网络以短信的形式告知用户。作为智能家居，家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性。本设计的创新有以下几点：传统的家居安防通常用门禁系统，红外线触发，以及用摄像头监视。这些方法存在很多弊端。门禁系统很容易被破坏，或者不法分子采取其他的方式进入；红外线触发报警容易错误的报警，而且不能记录事故发生的现场；单纯的摄像头监视只能作为事后证据，当事故发生后，要花费大量的时间回放摄像头录下的视频。本设计提到的系统，利用图像处理技术，对摄像头拍摄的图像进行实时识别，来判断是否有不法分子闯入，并且有相应的报警动作，同时将信息传输到用户和住宅小区的保安处，真正意义上做到了无人监护，且可以远程监