视觉是人类感知外界的重要手段之一.doc

绪论 1.1引言 视频监控系统作为安全防范体系中的必备环节，以其在安保，交通、国防等领域的广泛应用和不可替代性，已经越来越成为人们关注的焦点；视频图像相对于其他监控报警装置，有着直观具体，内容真实等优势。视频监控以模拟电子技术的发展为契机而出现，随着电子技术数字化、网络化，视频监控系统也快速升级，特别是网络、多媒体的普及，视频监控的智能化已是大势所趋。下面先简要介绍视频监控的历史沿革。 上世纪的视频监控系统以模拟监控为主，模拟监控出现在二十世纪七十年代，早期的模拟监控系统利用模拟摄像机采集视频信号，通过同轴电缆传输视频信号，并用闭路电视和磁带式录像机完成显示和记录。模拟监控存在着诸如无法用于大范围监控（受限于同轴电缆）、难以扩展、无法形成联动式的警报体系等缺陷。进入新世纪后，计算机的普及和各类音视频技术的相继出现使得人们开始开发数字监控技术，它利用计算机来处理视频，并通过显示器来实现监控，这大大提升了监控图像质量；但由于仍采用同轴电缆作为传输媒介，在远程监控上依旧显得力不从心，并且还有无法扩建，难于维护的缺陷。2004年，网络的飞速发展为视频监控技术注入了新的活力，新型视频处理技术的出现使得视频监控步入了数字化、网络化的时代。监控技术的发展为监控系统的智能化创造了条件，大量原有的的监控系统仍停留在人工观察、分析的阶段，当被监控区域出现异常情况时，就需要操作人员对异常做出反应，在大规模监控已较为普及的今天，往往需要一人负责多个监控画面，这不仅平添了不必要的人工成本，而且使因人的疏忽造成严重后果的几率大大提高，这是智能监控系统出现的现实背景。智能视频监控系统是一种新型的集画面分析、入侵检测、报警于一体的全天候实时安全防范系统，在车辆识别和机场、政府等重要设施的安保领域有着巨大的市场潜力。 1.2 国内外动态研究 作为一个有着良好前景的新兴科研领域，国外科学工作者已在该领域进行了大量的研究和探索，取得了一定成果。智能视频监控系统是一个多领域科学融合交织的复杂系统，核心技术涉及视频处理、运动检测、模式识别、以及对目标运动行为的分析理解等；因其涉及到人工智能，所以得到科学界的广泛关注。欧美等国家已在这一领域开展了一些大型项目的研究，如美国国防高级研究计划局出资主导，卡内基梅隆大学、麻省理工学院等高校参与研究的视频监视与监控系统VSAM，目标是开发自动视频理解技术，用于实现未来战争中那些人力监控费用昂贵、具有高度危险性或人力无法到达场所的监控[1]；欧盟资助研发的PRISMATICA系统，融合了多种智能检测装置，主要用于地铁站的安全监控。国内在这一领域起步较晚，目前的视频监控系统侧重于对视频数据的采集处理，分析检测仍由人来完成，无法满足人们对智能化的需求。近年来，国内多家科研机构与企业合作，取得了不错的进展，港大与Topsky公司合作研发的ThinkSmart系统就是典型代表。 1.3 本文主要内容及安排 本文从实际出发，以建立一个智能视频监控报警装置为目标，预计实现监控区域入侵检测、目标识别、发送报警短信等目标。主要工作如下： 确定设计方案； 了解主流视频处理算法并选择合适的目标检测方法； 设计异常报警装置； .......... 视频的捕获 视频捕获与实时处理是图像处理的关键技术之一。能否准确捕获指定的视频图像，进而实现精确地数据分析与处理，关系到整个系统的成败。视频捕获是指由专用的视频采集卡捕获声频和视频信息，通过数据化和压缩等一系列处理，能够进行保存、回放、传输等各种操作。 目前，Linux系统通常采用Video for Linux two(Video4Linux2，简称v4l2)进行视频信息的采集。V4L2是一种采集图片、视频和音频数据的API接口。使用V4L2时可以4L2有如下特点 V4L2的驱动摄像头设备文件是/dev/v4l/video0。它支持两种采集图像的方式，分别是内存映射方式(mmap)和直接读取方式(read)。 V4L2使用在include/linux/videodev.h文件中定义的数据结构来获得最终的图像数据。 Linux 2.5.x版本开始V4L2可在内核编译阶段配置，而且默认情况下都有此开发接口。 2.2 V4L2进行视频采集的过程 V4L2视频采集的大致过程如图--，首先，打开对应的视频设备，然后按照需求设定其属性和采集方式，一切准备工作就绪之后开始处理采集的视频数据，直到用户关闭视频设备。接下来，本文详细描述了V4L2的视频采集的过程细节。 2.2.1 打开视频设备 V4L2的视频设备可以使用两种方式打开，分别为阻塞方式和非阻塞方式。考虑到保持数据的完整性，本文使用非阻塞方式打开。非阻塞方式可以保证即使摄像头没有捕获到信息，也可以将缓存里的数据返回（如果想要使用非阻塞方式，将打开摄