0 概述
跟着经济的飞速开展，各式各样的监控设备现已随处可见，在不同的范畴中发挥着重要的效果。可是比如保密室、金库、库房等关系到严重产业安全的场所，简略的视频监控功用是无法满意其在安防层面上的要求的。实践运用中遍及运用的办法是：呈现反常情况后，经过报警器报警，并将现场情况经过监控设备记录下来，供警方在过后查询时进行取证。因而实时性极差，且因为遭到报警器前端勘探设备的物理功能的约束，往往会因温度、湿度、光照视点等环境要素的影响，而对监控现场的情况做出误判，引起误警的情况。一起，监控设备的继续长期作业也很糟蹋动力，不契合当下节能环保的理念。怎么下降误判率，合理操控监控设备的作业形式，现已成为用于此类特别场所的安防设备鄙人阶段开发中一个重要的研讨课题。
本文研讨的嵌入式人感体系正是运用在此类特别环境下的安防设备。本体系旨在对监控现场情况做出精确、完好的判别和快速、高效的处理，更好地完结安防的功用。
考虑到本体系是对现有监控设备功用的改进和拓宽，需求简略精悍、开支不大、运用灵敏便利，一起，当呈现部件损坏时要便于替换，还要漂亮有用，从技能的视点而言，运用嵌入式技能是最为快捷合理的办法。
1 体系方案规划
跟着芯片技能的开展，单个芯片具有了更强的处理才能，使得集成了多种接口已成为或许。一起，因为各类产品关于牢靠性、本钱、更新换代要求的前进，使得嵌入式体系逐步在同类产品竞赛中锋芒毕露，成为了IT界的新焦点。
嵌入式体系被遍及认可是一类以运用为中心，以核算机技能为根底、软硬件可裁剪、满意对体系功用、牢靠性、体积、功耗、本钱等严格要求的微型核算机体系。虽然嵌入式体系在体系结构上处于干流方位，但在开发进程中选用的比如Linux、OSGi或许Java都是开放式编程环境，不存在商场独占，且充溢立异，不断开展。嵌入式技能现已成为通讯产品和消费电子范畴的一起开展方向，并开端逐步用于安防范畴。一起，因为业界的广泛重视，各类嵌入式处理器（硬件）、嵌入式操作体系（软件）的开发也推动了嵌入式技能的前进和信息技能的网络化、数字化、智能化的开展。
鉴于嵌入式技能能够完结高效的信息收集和数据处理的功用，在承当高要求、强负荷的一起，功能安稳且杰出，所以本文在人感体系的规划和完结中选用嵌入式技能。
依据各类安防体系对信息处理的精确性和实时性的要求，人感体系选用如下的规划思路：选用主芯片、图画收集模块和PIR红外传感器模块的组合，由PIR红外传感器模块对监控现场中的情况做继续自动检测，当呈现反常情况时，告诉主芯片操控图画收集模块进行定周期的图画收集，并对收集得到的图画进行处理和辨认，依据判别成果，由主芯片履行后续操作。若图画收集模块呈现接连10个周期无反常图画时，则关闭图画收集模块；不然，发动报警设备，并将收集得到的终究20个周期图画紧缩存储于存储设备中或传输至终端设备上。经过运用这样的两层智能辨认的办法来完结削减对监控现场情况或许发生的误判和合理操控监控设备作业形式的意图，真实到达智能安防的效果。
图中：PIR Senser（红外传感器模块），担任对监控现场情况进行物理监测；CMOS《图画收集模块），完结对监控现场情况的图画收集；MCU（主芯片），完结体系操控、图画处理，周像辨认等功用；IRLED（红外LED补光）辅佐功用模块，当监控现场环境光线比较差的时分，为了有更好的图画收集效果，经过该模块进行红外补光。
2 硬件模块结构规划
依据上一节体系方案规划的根底上，体系各个硬件模块首要构成如下：
2．1 PIR红外感应模块
PIR红外感应模块在未断电的情况下，是始终坚持作业情况的，只需当监控范围内呈现了契合其触发条件的方针，它就会经过发送一个高电平信号的办法告诉主芯片发动图画收集模块，从而进行之后的相关操作。其依然坚持作业情况。
2．2 图画收集模块
图画收集模块因为其硬件功能的原因，假如以PIR红外感应模块相同的作业办法长期作业，一方面会十分耗电，不契合节能的规划初衷，一起关于其硬件部分也有很大的危害，减短模块的运用寿命。因而，该模块选用的是，当需求进行图画收集操作时，由主芯片发动的办法作业。模块发动后，经过摄像头部件守时对监控范围内的场景进行图画收集，并将收集到的图画保存到主芯片中，由主芯片对图画进行下一步的操作。在未接到主芯片令其停止作业的指令前，它始终坚持循环履行以上作业进程的情况。
2．3 主芯片
主芯片除了担任对PIR红外感应模块情况监控、图画收集模块作业形式的操控和警报操控操作之外，还有一个十分重要的作业一对图画收集模块收集得到的图画进行图画处理、图画辨认和成果判别，决议是否需求履行相应的警报操控操作。所以，在主芯片的挑选上既需求有足够的内存空间，还需求具有较强的处理才能，归纳以上需求，终究承认挑选Samsung S3C6410这块ARM7处理芯片来作为主芯片。
2．4 红外LED补光
红外补光模块是人感体系的一个辅佐功用模块，当图画收集模块取得的图片亮度过低时，为了有更好的图画收集效果，在图画收集模块作业时经过该模块进行红外补光。
注；鉴于节能的准则，以上处于长期作业情况的电路模块运用的都是3．3～5．0V的直流电源。
3 软件模块规划
鉴于人感体系的特色，软件模块规划的研讨内容首要是主芯片对监控现场中反常情况的图画收集，以及之后的图画处理和图画辨认算法的相关技能，不包括图画传输和图画紧缩存储方面的内容。
跟着监控技能的开展，方针的提取和有用监测现已成为图画处理、图画辨认中的关键技能。在图画序列中怎么精确地提取出具有实践意义的方针实体，是之后依据预设的阈值对方针实体进行图画辨认的根底。
3．1 方针提取
方针提取的常用办法有，帧间差分法、布景差分法和光流法。帧间差分法是依据时刻序列图画上的差分办法，对外界搅扰不灵敏，能够防止一些不必要的噪声搅扰，但一般难以获取检测方针的完好概括；光流法是运用图画序列中的像素强度的时域改变和相关性来承认各自像素方位的情况，因为该办法是对每个像素点的方位承认，且运算公式杂乱，核算量比较大，不适合用于对实时性要求比较高的体系中。鉴于实践需求等要素的考虑，在本规划中选用最直接、最简略的布景差分法来对图画收集模块得到的图画进行方针提取。
布景差分法需求事先将布景图画存储起来，供今后差分时运用，因而在人感体系发动时，图画收集模块会随之发动，收集并存储当时帧的图画，然后体系进入正常作业形式。因为新呈现的方针实体在灰度上和布景的灰度会存在较为显着的差异，这样作差之后的图画中新呈现的方针实体会有较大的灰度值。布景差分法便是依据此原理，经过对当时图画和布景图画作差的办法，将方针实体从布景中提取出来。
假定当时帧二值化后的图画为Ni，布景图画二值化后为B，图画阈值为pt，那么布景差分二值化后的图画为：
这样，当布景差分二值化后图画的灰度值为255的像素点都被视为方针实体方针点。
3．2 方针辨认
方针辨认便是对提取得到的方针实体方针点的面积与预设阈值的比较。
当完结了方针提取进程后，需求依据实践情况选取恰当的阈值T，对取得的方针实体进行判别。当方针实体方针点组成的连通域的总面积大于阈值T时，视为呈现反常情况，告诉主芯片发动报警设备；当方针实体方针点组成的连通域的总面积小于阈值T时，视为PIR红外传感器模块被误触发或许触发PIR红外传感器模块的物体不是“入侵者”，非反常情况，无需发动报警设备。
3．3 图画处理
布景差分法能够简略地将方针实体从布景中提取出来，能完好取得方针实体的方位、巨细、形状等信息，可是因为其本身算法的约束，该办法往往会遇到噪声和外界环境改变带来的影响。
因为噪声的影响，会使一些本不归于方针实体上的点被过错地归入方针实体方针点，或许因为布景图画中的噪声，导致一些本归于方针实体上的点被疏忽。为了削减这类要素的影响，在图画二值化操作之前，需求先对图画去噪处理后再进行方针提取。别的，因为遭到光线等环境要素的影响，图画中会呈现与方针实体具有必定相同视觉特性的暗影像素点，若直接运用布景差分法，方针实体方针点组成的连通域的总面积会因暗影像素点的存在而变大，使得方针辨认时呈现过错判别。为此，在方针提取前，还需求对当时帧在HSV颜色空间中进行暗影检测。
式中，I为当时帧，B为布景图画，S为暗影像素点。设定α为光源影响系数，光源越强，α越小；β是为了去除噪声的影响。Ts、Th的设定是为了区别当时帧和布景图画之间的不同。
为了进一步精确地获取方针实体，在图画辨认前，需求运用比如数学形态学的办法，对布景差分二值化后的图画进行处理，核算方针实体方针点组成的连通域的总面积时设定一个计算阈值t，当某个连通域面积小于t时，则该连通域的面积不计入总面积之中。
至此，就能够比较完好地提取出方针实体，并在此根底上进行较为精确的方针辨认操作了。
4 试验成果
本试验是为了验证上节软件模块规划部分的方针提取、图画处理和图画辨认算法的可完结性和实践运用效果。（软件环境：Linux；每帧巨细：352×288。）
在一个关闭的办公室中，发动听感体系，然后有一个人进入并经过监控区域，人感体系精确断定出方针为“入侵者”。
试验效果图如下：
图2当时帧图画
图3图画处理后方针处理得到的图画
试验标明：硬件模块能够正常、安稳地运转，当衔接液晶显现屏调查图画收集模块作业情况时，显现效果杰出，收集得到的图画是352&TImes; 288像素的图画，在不同的亮度条件下，收集得到的方针都 比较明晰，标明图画收集模块可高效完结图画收集使命。
体系试验效果彻底到达了预期的规划要求，以嵌入式技能为根底，有PIR红外传感器模块、图画收集模块和主芯片组成的人感体系在安防环境下是安稳、牢靠、高效的。
选用的图画处理、图画提取和方针辨认算法，能够对监控方针进行有用处理和辨认判别，到达了预期的试验效果。
5 定论
经济的开展、数字信息时代的到来，给嵌入式技能发明了巨大的开展空间，关于监控设备在安防范畴的运用提出了更多、更高的要求。嵌入式技能必将在安防范畴发挥重要的效果，特别是图画处理与图画辨认方面。
本文依据安防范畴的开展趋势和特别需求，结合嵌入式技能的共同优势，选用嵌入式技能，以主芯片、图画收集模块和PIR红外传感器模块构建了人感体系。引进图画处理和图画辨认算法，有用下降了误判率，前进了体系实时性。
