基于嵌入式的视频监控前端智能化相关技术的研究及实现

论文摘要

目前安防业正经历着快速的变革,新兴的信息技术已融入到这场变革中,智能化、低功耗、易定制、低成本的视频监控系统是目前视频监控领域研究的热点。本文以一款ARM9多媒体处理器为基础,设计并构建了一个具有运动检测和分割功能的嵌入式视频处理系统,为基于嵌入式的智能视频监控提供了一套解决方案。本文主要阐述了该系统设计和开发的过程。文章首先对国内外现有的视频监控技术发展状况进行了研究,认为基于嵌入式系统的智能化、网络化的监控系统是今后的重点发展方向,因此本课题从视频监控系统实际应用角度出发,提出了一种前端智能化和后端智能化相结合的分布式智能视频监控系统框架,并将具有运动检测等中低级视觉的嵌入式前端智能化系统作为本课题的研究内容。然后,文章阐述了课题以上海杰得微电子公司Z228嵌入式多媒体处理器开发平台为原型进行开发的一款具有视频采集和处理等功能的硬件系统设计,及WinCE操作系统定制的过程。课题设计实现了系统核心运行模块、视频采集模块、和显示模块。接着通过对智能视觉系统中运动检测分割技术进行了深入的研究,分析比较了现有的技术方案,并提出了一种适合本课题搭建的硬件系统的基于背景模型参数估计的实时运动检测新方法,通过对像素运动模式的分类,实现了背景模型快速准确的更新。最后文章阐述了算法在硬件平台上的具体实现过程,最终完成了一个具有运动检测分割功能的嵌入式智能监控前端系统。通过在实际场景对系统的实验测试,认为该系统方案稳定可行,且具有良好的检测效果。本系统的设计实现为正在蓬勃发展的嵌入式智能化视频监控系统提供了一个较好的解决方案,具有很大的产业化前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 本课题的应用背景和意义
• 1.2 本课题的国内外研究现状
• 1.2.1 智能监控技术
• 1.2.2 运动目标检测技术
• 1.3 本课题的主要研究内容与安排
• 2 嵌入式智能监控前端系统架构
• 2.1 系统总体框架
• 2.1.1 系统硬件框架
• 2.1.2 系统软件框架
• 2.2 硬件平台
• 2.2.1 Z228 芯片的介绍
• 2.3 软件平台
• 2.3.1 Windows CE 5.0 操作平台
• 2.4 本章小结
• 3 嵌入式智能监控前端系统功能模块设计
• 3.1 系统核心运行模块设计
• 3.1.1 电源电路的设计
• 3.1.2 时钟与复位电路设计
• 3.1.3 SDRAM电路
• 3.1.4 FLASH电路
• 3.1.5 串行接口
• 3.1.6 JTAG接口
• 3.1.7 GPIO驱动
• 3.1.8 操作系统定制
• 3.1.9 系统引导程序及规划
• 3.2 视频采集模块
• 3.2.1 摄像头接口电路
• 3.2.2 Z228 内部视频处理模块
• 3.2.3 视频帧采集实现
• 3.3 显示模块
• 3.3.1 CLCD电路设计
• 3.3.2 LCD显示驱动
• 3.4 本章小结
• 4 运动目标检测技术研究及算法设计
• 4.1 运动检测的经典方法
• 4.1.1 光流场法
• 4.1.2 帧差法
• 4.1.3 背景差法
• 4.1.3.1 基于参数估计的背景建模方法
• 4.1.3.2 基于非参数方法的背景差法
• 4.1.3.3 基于参数估计的背景差法在运动检测技术上的实现
• 4.2 基于背景模型参数估计的实时运动检测新方法
• 4.2.1 基于高斯分布的背景统计模型
• 4.2.2 场景剧烈变化检测
• 4.2.3 基于背景模型匹配的运动检测
• 4.2.4 基于像素变化模式检测的背景更新
• 4.2.4.1 像素变化模式分类
• 4.2.4.2 背景更新
• 4.2.5 基于连通区域检测的后处理
• 4.3 本章小结
• 5 系统软件设计及实验结果测试
• 5.1 系统软件运行流程
• 5.2 算法优化
• 5.3 系统整体的实验结果
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文的工作总结
• 6.2 系统的进一步完善和改进
• 6.3 展望
• 参考文献
• 附录A 硬件实物图
• 在学研究成果
• 致谢