陳 寧，申興發(fā)

(杭州電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)研究所，浙江杭州310018)

0 引言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是指一套為客戶提供圖像、聲音和各種報(bào)警信號(hào)，并進(jìn)行遠(yuǎn)程采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理與轉(zhuǎn)播的系統(tǒng)［1］。隨著網(wǎng)絡(luò)、通信和微電子等技術(shù)的快速發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平的提高，同時(shí)，對(duì)人身財(cái)產(chǎn)安全要求的不斷提高，促進(jìn)了人們對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的需求［2］。但是，目前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)還存在著兼容性差，缺乏智能分析功能，冗余信息多等問題。射頻識(shí)別(Radio Frequency IDentification，RFID)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，用于控制、檢測(cè)和跟蹤物體。RFID技術(shù)以其價(jià)格低廉，安裝簡(jiǎn)易，使用方便等特點(diǎn)，近些年來在各個(gè)領(lǐng)域被廣泛采用［3］。為此，本文設(shè)計(jì)了一種融合RFID技術(shù)的智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)借助RFID自動(dòng)識(shí)別和攝像頭動(dòng)態(tài)采集對(duì)可疑目標(biāo)進(jìn)行綜合判斷，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)追蹤，可以有效提高系統(tǒng)智能化程度，降低數(shù)據(jù)冗余，提高無人值守環(huán)境下視頻監(jiān)控系統(tǒng)的有效性和安全性。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前的大部分視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工作模式如圖1所示。

圖1 現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)工作模式

各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)通過同軸電纜、光纖、Internet等方式連接到中心服務(wù)器(群)，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)、電視墻等方式，觀看各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)畫面、歷史錄像等信息?，F(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，僅僅做到了保存攝像機(jī)所拍攝的錄像，對(duì)于任何事件的發(fā)生，都是作為一個(gè)“旁觀者”和“記錄者”的姿態(tài)來記錄所有事件的發(fā)生，僅能夠進(jìn)行“事后監(jiān)督”，而不能進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)［4］。

為了解決上述的問題，在本系統(tǒng)中，每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)不僅包含一臺(tái)監(jiān)控?cái)z像機(jī)，還包含了一個(gè)RFID的讀卡器和一個(gè)處理終端。系統(tǒng)整體構(gòu)架如圖2所示。監(jiān)控?cái)z像機(jī)用來采集圖像，RFID讀卡器用來采集經(jīng)過的RFID tag信息，處理終端用來和中心服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換并進(jìn)行一些分布式的計(jì)算。中心服務(wù)器通過短信的方式發(fā)送報(bào)警短信和結(jié)果短信給用戶，用戶通過Internet訪問中心服務(wù)器查看結(jié)果。

圖2 融合RFID的分布式智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架

本系統(tǒng)中，攝像頭采用的是普通的模擬監(jiān)控?cái)z像機(jī)，有效象素30萬。視頻采集卡采用大恒圖像的CG300。RFID系統(tǒng)采用浙江維思無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的WS-CT-06型RFID tag和GZ100-NQ01型讀卡器。RFID tag為主動(dòng)式tag，每隔700ms向外廣播一次信息。RFID tag分為鎖卡和標(biāo)識(shí)卡。標(biāo)識(shí)卡中包含加速度傳感器，用戶可以通過鎖卡控制加速度傳感器是否啟動(dòng)。正常狀態(tài)下，標(biāo)識(shí)卡向外廣播信息中，報(bào)警標(biāo)志位為0。當(dāng)鎖卡啟動(dòng)標(biāo)識(shí)卡中的加速度傳感器后，即標(biāo)識(shí)卡進(jìn)入鎖定狀態(tài)，標(biāo)識(shí)卡如果被移動(dòng)后，向外廣播信息中的報(bào)警標(biāo)志位將修改為1。tag分發(fā)給用戶后，由用戶自行將標(biāo)識(shí)卡放置在需要監(jiān)控的物體上。處理終端采用的是一臺(tái)PC機(jī)，管理員可以遠(yuǎn)程登錄各個(gè)處理終端，來完成系統(tǒng)維護(hù)、升級(jí)等操作。

系統(tǒng)處理流程如下:(1)系統(tǒng)啟動(dòng)以后，攝像頭保持運(yùn)行狀態(tài)，但是不保存錄像和圖片;(2)當(dāng)RFID讀卡器讀到RIFD tag的信息后，1)如果tag標(biāo)志位是正常狀態(tài)的，僅在中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中寫入一條記錄，2)如果tag標(biāo)志位是報(bào)警狀態(tài)，向中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中寫入一條記錄，同時(shí)前端處理終端將攝像機(jī)采集的當(dāng)前幀保存下來，并發(fā)送回中心服務(wù)器存儲(chǔ)，同時(shí)通知中心服務(wù)器的識(shí)別程序開始工作;(3)中心服務(wù)器向用戶發(fā)送一條包含RFID tag ID號(hào)、時(shí)間、監(jiān)控點(diǎn)名稱的報(bào)警短信;(4)識(shí)別程序根據(jù)相應(yīng)算法，對(duì)前端設(shè)備回傳的圖片進(jìn)行處理，根據(jù)RFID tag的記錄，綜合比對(duì)1個(gè)或者多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)，得出最后的目標(biāo)，在原始圖片中識(shí)別出目標(biāo);(5)通過短信或者郵件方式將處理結(jié)果發(fā)送給用戶。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從軟件結(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)軟件程序大致可以分為前端控制程序，主控制程序和人物檢出匹配程序。

前端控制程序運(yùn)行在處理終端上，主要功能為:(1)采集攝像頭當(dāng)前幀，進(jìn)行圖像預(yù)處理后，保存為bmp格式圖片，通過Internet發(fā)送到中心服務(wù)器;(2)讀取監(jiān)控范圍內(nèi)經(jīng)過的RFID tag信息，寫入中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)tag標(biāo)志位的狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的后續(xù)操作。前端控制程序軟件流程圖如圖3所示。

主控制程序運(yùn)行在中心服務(wù)器上，主要功能為:(1)接收各個(gè)處理終端上傳的圖片，并根據(jù)文件名中的RFID tag ID號(hào)發(fā)送到相應(yīng)的人物檢出匹配線程;(2)根據(jù)報(bào)警的RFID tag信息，發(fā)送一條包含報(bào)警時(shí)間、報(bào)警地點(diǎn)的報(bào)警短信給該tag的所有人;(3)當(dāng)人物檢出匹配線程有結(jié)果輸出后，發(fā)送一條保存匹配結(jié)果超鏈接的短信或者郵件給用戶。用戶可以登錄這個(gè)超鏈接地址來查看最終的人物匹配結(jié)果。

圖3 前端控制程序軟件流程圖

人物檢出和匹配程序，是整個(gè)軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵，分為人物檢出和任務(wù)匹配2個(gè)部分。人物檢出算法最早在CVPR2005會(huì)議上提出的方法［5］。將人物從圖片中提取出來后，程序進(jìn)入匹配流程。圖片按照時(shí)間排序，然后根據(jù)人物身穿的衣服色彩、身高、身寬等信息，依次進(jìn)行匹配，直到匹配出在所有圖片中均出現(xiàn)的那個(gè)人，即為目標(biāo)人物。具體流程如圖4所示。

圖4 人物匹配流程圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

系統(tǒng)整機(jī)實(shí)驗(yàn)一共布置了10個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，3個(gè)位于房間內(nèi)部，7個(gè)位于樓宇內(nèi)部。實(shí)驗(yàn)一共有10位同學(xué)參與，其中一位同學(xué)攜帶一張報(bào)警的tag，剩余9位同學(xué)分別攜帶3至6張正常狀態(tài)的tag。處理終端上傳回的圖片序列經(jīng)過人物檢出系統(tǒng)處理后結(jié)果如圖5所示，人物匹配系統(tǒng)處理結(jié)果如圖6所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，攝像頭在RFID系統(tǒng)輔助下，可以正確并及時(shí)的截取到包含可疑目標(biāo)的圖片。當(dāng)圖片中人物不發(fā)生相互遮擋的情況下，人物檢出和匹配程序可以正確的檢測(cè)出可疑目標(biāo)。但是當(dāng)圖片中包含人物較多的情況下，由于人物相互遮擋等原因，有一部分人物不能被正常的檢測(cè)出，造成了后期匹配成功率的下降?？梢灶A(yù)期，再進(jìn)一步優(yōu)化后期圖像處理算法后，系統(tǒng)的檢測(cè)準(zhǔn)確性可以進(jìn)一步提高。

圖5 人物檢出程序處理結(jié)果

圖6 人物匹配程序處理結(jié)果

4 結(jié)束語

隨著安防系統(tǒng)要求的不斷提高，如何提高系統(tǒng)資源的利用率和目標(biāo)追蹤已經(jīng)成為了一個(gè)新的課題。本文提出了一種融合RFID技術(shù)的智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，有效地改善了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的局限性，提高了系統(tǒng)的智能化程度，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)自主追蹤。將來系統(tǒng)還可以通過接口的方式，實(shí)現(xiàn)與車牌識(shí)別系統(tǒng)，GPS系統(tǒng)，模式識(shí)別系統(tǒng)等系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，具有良好的發(fā)展前景和市場(chǎng)潛力。

［1］趙克棟.視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用［D］.北京:北京郵電大學(xué)，2009.

［2］張曉兵，李明，白楊.淺析視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展［J］.北方交通，2010，(11):51－53.

［3］崔曉娟.淺談RFID技術(shù)［J］.商業(yè)文化，2010，(12):249.

［4］張亞，周孟然，陳君蘭，等.應(yīng)用聲光聯(lián)合定位技術(shù)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)［J］.電視技術(shù)，2010，34(3):88－91.

［5］Navneet Dalal.Finding People in Images and Videos［D］.Grenoble:Institut National Polytechnique de Grenoble，2006.