无线图像监控系统的研制An.pdf

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1、 无无 线线 图图 像像 监监 控控 系系 统统 的的 研研 制制 An Implementation of Wireless Image Monitory System 张利欣张利欣 吴并臻吴并臻 尹怡欣尹怡欣 徐正光徐正光 Zhang,Lixin Wu,Bingzhen Yin,Yixin Xu,Zhengguang 摘要：摘要：本文介绍了一种基于嵌入式主板的便携式无线图像发射装置的设计原理和实现方案，该装置具有图像采集、图像处理和图像的无线传输功能。同时提出了一种改进的运动图像检测算法，并将其应用到无线图像发射装置的图像处理过程中，由此构造了一种基站式无线图像监控系统。该系统可以获取被监

2、控现场的实时图像，对图像中运动物体检测，当有运动物体进入监视现场时，无线图像发射装置给出报警信号，并将报警信号以及实时的图像画面通过无线图像发射装置发射出去，通过无线接收基站传入监控机房，监控人员可以在监视器上观察报警现场的情况。我们研制出了便携式无线图像发射装置的样机，并在实验室构建了该无线图像监控系统，获得了理想的效果。关键词：关键词：图像监控；图像无线传输；运动图像检测 Abstract:This paper introduces the design and implementation of a portable wireless image transmission device

3、based on embedded system,which has the capability of image collection,image processing and wireless transmission.An improved algorithm on moving image detection is also proposed and applied into the image processing of the device.Thus a station-based wireless image monitory system is constructed.The

4、 system can obtain the real-time image of the monitored scene.By image detection of the moving object,the wireless image transmission device can give off alarm signals when moving objects enter the scene.Then alarm signals and real-time image are transmitted through wireless receival station into th

5、e monitoring room for inspection.We have developed the sample system in the laboratory and obtained ideal effects under real circumstance.Keywords:image monitor,image wireless transmission,moving image inspecting 1引言 近年来，图像监控以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用于许多重要场合，成为安全监控的主要手段。随着计算机通信技术和网络技术的快速发展，无线网络技术已成为计算机网络中

6、一个至关重要的组成部分，它的应用领域也在飞速的扩大。与以往的有线图像监控系统需要铺设大量的地上地下设备线路，可移动性差的情况相比，本无线图像监控系统，不仅缩短了安装布线的时间，远端数目易于扩展。就使用上它的机动性，便利性，也是有线网络所不及，就成本上，它可省下一笔可观的布线费用，修改装潢费用，基本上使用的空间较为弹性许多。以往的图像监控系统大部分是通过人的实时监控来完成的，具体的监控过程是细致、连续、长期枯燥的过程。尤其是当监控点较多时，监控工作人员常常会面对一面的电视墙，很容易产生疏忽，而导致事故的发生。本系统提出了一种运动图像检测算法，使图像的运动目标的自动检测由监控装置来完成，当有异常现

7、象发生时，本系统才发出预警，提醒工作人员，同时开启系统的无线图像传输并存储。不但降低了人的劳动强度，还避免了一些人为失误的发生，同时大大节省了存储空间，提高了有效信息获取的效率。2无线图像监控系统的构成 无线图像传输系统主要由便携式运动图像检测仪（带无线网络接口卡 NIC）、无线接收基站、监控中心构成。如图 1 所示。无线局域网监控计算机网桥（AP）运动图像检测仪运动图像检测仪监控计算机图1 系统结构示意图LAN 运动图像监测仪主要完成监控现场的图像采集、图像处理和图像的无线发送功能。主要由CCD摄像机、高性能嵌入式主板和无线网卡组成。无线接受基站接收无线图像发射装置传输的报警信号和图像信号，

8、并通过局域网将图像信号传输到监控中心的主监控机上。监控中心主监控计算机接收到图像信号和报警信号，给出声讯报警，提醒工作人员，并在监视器上显示报警现场的实时图像。2.1运动图像的检测 一般的视频图像是三维图像的二维投影，因此视频图像能客观的反映三维图像的变化。监控系统的视频图像具有连续性的特点，若图像中没有物体运动变化，连续帧图像之间的灰度变化很小，反之若有运动产生则会引起较大的灰度差。因此，检测相邻两帧图像的差异是解决问题的关键。最简单的方法是直接计算帧差绝对和。判别条件为：;),(),(),(Tjyxfiyxfsyx （1）其中，),(iyxf),(jyxf为序列图像在i,j时刻点（x，y）

9、的灰度值，T为灰度阈值，灰度阈值的大小决定运动检测的灵敏度，同时帧间隔也会对检测灵敏度有影响。当帧间变化和超过固定值T时，则判定有运动发生。这种方法运算简单，检测速度快，易于实现。但易受光线、天气、小目标物体的干扰，检测准确度低。直接比较两帧图像对应像素点的灰度值。对于图像区域S，判别条件是：=),(),(0),(),(1),(syxijijNyxdTjyxfiyxfyxd其它当 （2）其中，0),(iyxf，),(jyxf 255;T域值。表示统计差值超过域值的像素点的数目，当数目大于固定值N时，则判定有运动发生，本算法不仅从阈值的变化上进行判断同时又 从变化的点数上予以限制，此算法可根据N

10、值的设定来控制报警图像的大小，大大降低了因小目标物体而产生的误报警。运动图像检测的准确率较（1）式有所提高。为了避免天气、光线等因素发生变化时，产生的误判断。在（2）式的基础上，进一步改进算法，增加了一个附加判别条件（3）。;),(),(),(tjyxfiyxfssyx（3）光线、天气变化会对整个图像产生影响，变化比较均匀，分布于整个区域。若是有人闯入则变化是局部的个别的。通过判断四个角区域S1，S2，S3，S4的灰度变化大小即可来判断是否为光线等分布均匀的干扰信号。当S1，S2，S3，S4四个区域都满足（3）式时，说明灰度变化是光线的影响，不是有人非法侵入，不用启动报警。该算法提高了检测的准

11、确度，降低了误报警率，同时也容易实现，运算量增加不大，对检测速度影响不大。2.2图像的无线传输 本系统采用基于TCP/IP协议的无线传输方式，无线局域网的逻辑结构如图（2）所示，仅具有数据链路层和物理层。图2无线局域网逻辑结构 本无线图像传输系统具有低干扰，传输距离长，安全的特点。本系统构建的无线局域网所使用的频段是属于 ISM(Industrial Scientific Medical)2.4GHz 的高频率范围，与日常生活，或办公室等等所用的电器设备是不会相互干扰，因频率差异甚多，而且无线网络本身共有 12 个信道可供调整，自然干扰的现象就不必担心。物理层采用直接序列扩频（DSSS）技术，

12、使得数据传输率高，发送距离远，根据所选天线增益不同，传输距离最远可达 500m。安全性是一个需要重点考虑的因素。通过64位Wired Equivalent Privacy（WEP）加密，使WaveLAN的安全级达到有限网络的程度，它将利用64位的启动源密钥的RC4加密算法保护RF数据传输。可以有效的降低网上被窃听的危险，保障了本系统信息的安全。3系统软件实现 本系统选用 Win98 系统，VC+6.0 作为编程工具，主要完成图像的处理和无线传输模块。CCD摄像机采集监控现场的实时图像，通过图像采集卡转换成数字图像输入图像检测模块，当有运动的人或物体出现时，系统可以自动检测并启动无线发射装置，将

13、报警信号和监控现场图像传输给监控室。图3为系统实现流程图。4结束语：本文介绍了一种新研制的嵌入式无线监控系统，提出了一种运动图像检测算法，并通过无线局域网实现了无线传输。本系统可广泛应用于军事禁入区、金库、档案室等安全要求高的场所。通过对样机的测试，本系统能够很好的完成图像监控功能，对200个运动图像检测准确度可达94.6%，通过进一步分析，合理的选择监控远端和无线基站的位置对无线数据传高层协议 数据链路层 物理层 高层协议 数据链路层物理层 无线网络 A B 输的准确性很重要，否则误报警比率会增加，在这方面还需要进一步完善。图3系统软件流程图 参考文献：（1）Jim Geier著 王群等译

14、无线局域网 人民邮电出版社 2001（2）雷小峰 王耀南 远程图像监控系统的智能跟踪开发 吉首大学学报 2001（3）沈绪榜 何立民.2001嵌入式系统及单片机国际学术交流会论文集 北京航空航天大学出版社 作者简介：张利欣，女，1977年12月生，汉族，北京科技大学信息工程学院硕士研究生，主 要 研 究 方 向：计 算 机 图 像 处 理。电 话：010-62332926-4，Email: Zhang Lixin,Female,12/1977,Han,School of Information Engineering,University of Science and Technology of Beijing,Researchful Field:Digital Image Processing（100083 北京科技大学信息工程学院）张利欣 Y 启动无线传输预警，显示监控端图像，存储 N Y N 将图像放入目标图像帧存读取当前图像 f(x,y,i)读取目标图像 f(x,y,j)将图像放入源图像帧存 代入（2）式N？（3）式成立？将源图像放入目标帧存恢复