基于摄像机网络的监控系统

论文摘要

网络技术、图像处理技术以及嵌入式技术的发展,推动着视觉监控领域的进步。视觉监控应用领域的拓广,又促进了技术的创新与融合。面对远程分布式监控需求的增长,视觉监控系统的构建主要聚焦到组网的稳定性与灵活性。传统的集中式监控架构,虽然也采用多摄像机节点模式,但只是体现出了数量的优势,而且控制中心容易成为系统扩展的瓶颈。因此,合理构建监控网络,充分发挥摄像机网络的优势是监控领域中的一个关键问题。随着视觉监控中智能性的提升,不仅要求摄像机网络能有效的识别、跟踪并记录监控视场中的异常,还应该对记录信息具有初步的分析及归类能力。在海量的图像记录信息中提取有用信息,基于繁琐而盲目的人工查询,会造成资源的浪费,同时效果也不是很理想。图像处理智能化的发展离不开语义技术的融合,而语义技术的基础是语义词典、语义分类等,语义分类是标明一个词的语义属性的常用手段之一。因此,基于语义技术的视频检索、归类、分析成为视觉监控的新领域。本文提出了基于P2P摄像机网络的监控系统的设计与实现方案,并在图像处理过程中结合语义技术,实现目标识别、跟踪与分类等功能。摄像机网络监控系统中包括摄像机节点以及超级节点。本文主要内容包括：1.结合P2P的理念,介绍了摄像机网络监控系统整体框架以及摄像机网络的构建流程。监控网络中的摄像机节点通过交互作用,有效完成监控功能。而超级节点的引入,可有效记录异常信息以及对图像的分类。2.介绍了摄像机节点的硬件平台选取依据以及设计思路,给出基于DSP+FPGA架构完成摄像机节点硬件平台的设计与实现。充分发挥现场可编程器件XC4VLX25硬件处理速度的优势与DM642在图像处理方面的优势。3.结合功能需求,分析并实现了摄像机节点目标检测以及目标识别的算法,并在实验室环境下给出算法效果图。在图像处理中引入语义标注技术,对图像数据进行语义标注。由超级节点解析语义标注信息,对图像数据进行归类存储,同时记录目标的运动状态,可有效还原目标的运动轨迹,同时减轻了后续归类处理的工作量。4.介绍了摄像机节点以及超级节点的应用程序设计思想,并基于MFC以及DirectShow技术,设计并实现了客户端程序。作为用户与监控系统的人机交互界面,客户端程序分别提供了超级节点以及摄像机节点的测试接口。可有效了解监控系统的运行状态,分析并优化摄像机节点图像处理算法。本论文提出的监控系统方案,发挥了P2P技术以及语义标注技术的优势,实现了目标跟踪与图像分类等功能,具有较强的鲁棒性与实时性,达到了预期的效果,具有一定的可扩展性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.1.1 课题的研究背景
• 1.1.2 课题的研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 智能监控网络的发展
• 1.2.2 语义技术与视觉监控
• 1.3 本文主要工作及论文安排
• 1.3.1 本文主要工作
• 1.3.2 论文安排
• 第2章 系统概要分析
• 2.1 视觉传感器网络简介
• 2.2 系统整体结构分析
• 2.3 多摄像机网络监控系统整体架构
• 2.3.1 传统中心集中式监控系统结构
• 2.3.2 P2P网络拓扑结构
• 2.3.3 多摄像机监控网络的结构
• 2.4 多摄像机监控网络的构建
• 2.4.1 节点索引表的建立
• 2.4.2 摄像机节点间的通信
• 2.4.3 超级节点的功能
• 第3章 摄像机节点的硬件设计
• 3.1 摄像机节点的功能需求分析
• 3.2 处理器的选型分析
• 3.2.1 TMS320DM642简介
• 3.2.2 XC4VLX25简介
• 3.3 摄像机平台的硬件设计
• 3.3.1 视频采集显示模块
• 3.3.2 扩展存储模块
• 3.3.3 网络通信模块
• 3.3.4 FPGA配置模块
• 3.3.5 电源及复位电路模块
• 3.3.6 DSP与FPGA通信模块
• 第4章 核心算法与语义技术
• 4.1 目标识别
• 4.1.1 运动目标检测
• 4.1.2 二值化阈值选择
• 4.1.3 连通域检测
• 4.2 语义标注
• 4.3 目标跟踪
• 第5章 系统软件设计与实现
• 5.1 摄像机节点软件设计与实现
• 5.1.1 DSP/BIOS简介
• 5.1.2 RF5参考框架
• 5.1.3 DSP软件设计
• 5.2 超级节点软件设计与实现
• 5.2.1 超级节点功能分析
• 5.2.2 超级节点设计分析
• 5.2.3 超级节点软件流程
• 5.3 客户端程序设计与实现
• 5.3.1 MFC简介
• 5.3.2 DirectShow简介
• 5.3.3 客户端程序的设计
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 致谢