摘要：针对现在大部分监控体系对移动方针物的监控要求越来越高，规划了一款依据单片机的嵌入式移动方针监控体系。体系以现在功用强壮的AT89S52单片机为中心，选用合适人体视觉特性的Itti模型来处理拍摄到的视频图画。从视频图画色彩特征图与亮度特征图两方面来对收集到的图画进行检测与切割构成图画显着图，依据移动方针物质心的改动来盯梢图画。仿真标明，该体系能有用监控与确定方针物，具有较强的自适应性。
关键词：单片机;Itti模型显着图;图画切割与检测;图画质心;类似度
跟着IT工业的不断开展，视频监控不只运用在安防体系，而且在交通体系、防洪体系、教育体系和医疗体系等方面都有着广泛运用。但在一般的视频监控体系中，许多监控体系仅仅对一般的方针物体进行简略摄像与记载，无法对咱们一些感兴趣的方针物体进行有用追寻与记载，譬如在交通监控体系中要对某些重要车辆进行盯梢，在学校安防中要对某些可疑人员进行盯梢与记载等，所以怎么低成本的规划一个体系能对所感兴趣的移动方针进行有用捕捉的智能监控体系是一个十分有价值的课题。
文中在考虑现有网络摄像头的开展状况、4G和各种WiFi信号的覆盖率以及无线路由器技术开展的前提下，充分运用现有资源，提出了一种依据单片机的移动监控体系。该体系直接运用现有的网络摄像机作为监控摄像头，以4G信号或各种WiFi信号为网络，将收集到的图画经过无线网络直接上传给单片机体系进行处理。文中要点给出了体系硬件规划方案以及体系软件算法思维并在终究给出了该办法在MATLAB环境中的仿真。
1 体系硬件方案规划
1.1 单片机开展概述
单片机(MCU)是一种核算机微处理器，开展的初始阶段多用于操控范畴。跟着电子工业的开展，现在51系列单片机已具有了快速的处理速度、强壮的运算才能以及更大的寻址规模，广泛运用在智能仪表、实时操控和散布式多机体系中。嵌入式单片机体系是单片机的开展的一个重要方向，它与其他设备相结合，使整个设备发挥出特有的功用。在本体系规划中，本体系选用AT89S52来作为咱们的中心操控器材。
1.2 移动方针监控体系方案规划
文中以我市内车辆移动方针为例来介绍本体系的优越性并给出了体系仿真成果。体系首要是对移动方针进行捕捉，然后选用网络摄像机将现场的视频信号经过 TCP/IP网络将信号发送至视频信号接纳器端并接纳主操控板发来的指令对移动方针操控，终究将捕捉到的移动方针信号传送给主操控板，由单片机进行图画数据的处理与运算并将成果送至终端输出调查。体系结构图如图1所示。
1.3 体系软件算法规划
首要初始化程序，包含中止向量设置、守时器设置、串口设置等。当体系检测到移动图画时，首要判别是否需求标定当时图画。假如需求确定，则当即对作为参阅图画中的参数进行比较核算，进行阈值自适应的设定等，此项工作首要是寻觅参阅帧的图画。当移动方针图画确定后，体系则当即进入实时监控与盯梢，运用单片机来核算当时帧和确定帧的类似度，判别图画是否移动，而且将视频信息实时地输出并存储。当守时器完结守时后，中止程序将改动相应的标志位，使体系从头进行图画的检测，以确保参阅帧数据的实时性。图2为本体系软件算法主流程图。
2 体系图画处理剖析
2.1 移动方针图画切割与区域检测
现在，Itti模型在感兴趣图画追寻过程中的运用日益增多。其首要理论是提取图画在色彩，亮度，方向方面与布景的对比值，该模型首要包含两个过程：一是特征的提取，二是显着图的生成。他提取图画像素点的原理可简略描绘为：设有一标准为S的移动方针图画，用R、G、B别离来标明该图画上某个像素点三基色重量。依据图画亮度核算公式，则该像素点的亮度特征可标明为：
因为Itti显着图是一种模仿生物体视觉的选择性留意模型，所以要得到移动方针图画的显着图首要要对方针图画像素点进行特征图归一化，以消除图画间的幅值差异，然后选用高斯卷积算法对图画S进行卷积并把运算成果叠加回原特征图终究以消除噪声对图画的搅扰，经过对图画像素点的屡次迭代与卷积，终究能够使图画少量几个最显着点均匀的散布在显着特征图上。接下来经过对图画像素点核算值分类、归一化并逐点求和处理就得到了图画S的显着特征图。
本文选用红绿色彩对(RG)和蓝黄色彩对(BY)来衡量移动方针图画的色彩特征，则在核算一幅标准为S图画某象素点的色彩特征时，RG(S)和BY(S)可别离描绘为：
同理公式(1)，为了得到图画色彩特征显着图，需先对图画色彩特征进行高斯求和与归一化运算，然后得到多幅色彩特征图。依据Itti显着图组成原理，当切割出图画的亮度特征图与色彩特征图后，选用不同的权重重量叠加图画便可得到图画的显着图，这儿咱们用ω1和ω2来别离标明图画的色彩特征重量与亮度特征重量，用T(S)来标明图画的显着特征图，则T(S)可标明为：
T(S)=ω1C(S)+ω2I(S) (4)
本体系图画处理部分选用单片机AT89552来作为主控芯片，经过网络摄像机捕捉图画，对收集到的图画经过视频信号接纳器编解码芯片将图画直接转换为 YCrCb格局图画，其间Y为图画亮度，Cr和Cb别离为图画的色度，依据五颜六色图画像素点三基色组成原理(如公式(5))可核算得到RGB格局图画，依据公式(1)～(4)，别离提取出图画的的色彩特征与亮度特征，终究得到咱们感兴趣方针物的显着特征图。
R=Y+1.40(Cr-128)
G=Y-0.34(Cb-128)-0.71(Cr-128) (5)
B=Y+1.77(Cb-128)
为了进步单片机的工作功率，减小单片机的运算量，现设置图画S的标准为1，3，7。则在这3个标准上先别离提取出图画的亮度特征与色彩特征，然后对特征图别离用二维高斯差函数进行卷积运算，并把卷积成果叠加回原特征图，终究运用阈值切割算法来提取移动方针物体。为了查验该办法的有用性，文中运用 MATLAB软件对本体系进行了模仿仿真仿真如图3所示。该仿真标明运用本文简化的Itti算法，能够满意体系对移动方针的提取要求。
2.2 移动方针物质心与类似度
要想有用的盯梢到方针物，最重要的是要检测出方针物在图画画面中的方位改动，本文选用核算方针物的质心来确定方针的方位，当方针物产生移动时，则当时帧图画质心将会与前一参阅帧图画质心产生较显着的偏移。依据图画区域几许特征不变矩描绘理论，图画的质心核算可标明为：
(式中，N为非负整数，(xd，yd)别离为第z幅图画中移动方针图画的横纵质心坐标)
在处理动态的视频图画时，因为移动方针图画要遭到外部的环境影响(例如尘埃，噪声，光照等)导致核算出的质心点方位不稳，所以在核算前一参阅帧的图画质心十分重要，本体系选用捕获前n帧视频图画并进行差值处理来作为当时画面感兴趣移动方针的基准质心坐标。
设
为第n帧图画中第z个移动方针的质心横纵坐标，则相对前一幅图画值的质心坐标差值可标明为：
当当时画面中所盯梢的移动方针与前一幅画面移动方针的类似度Sim大于移动阈值Ts则主操控板当即修正当时质心坐标，一边跟进新的移动方针物。
3 体系仿真
为了查验体系的有用性，体系在Windows7 Professional微机上运转，软件算法仿真环境为Matlab2009a。
1)移动方针检测。为了得到先验统计数据，咱们先运用Matlab软件对100幅前期收集图画进行运算与记载，也就是说，将图画面积为12096操控在监控设备(面积720576)的画面中，这样可得到一组较为抱负的先验统计数据。为了下降运算量和进步体系处理功率，在核算监控画面时这儿去除了移动方针以外的区域。
设定移动方针检测图画帧数n为10帧，对公路上100个实在方针物进行检测并调整上式(4)不同的色彩特征重量与亮度特征重量值。检测成果如表1所示。
以上数据标明：因为外界环境的搅扰，在试验室条件下，移动方针物的切割正确比较抱负。当取特征重量权值w1=0.7和w2=-0.3时，收集到的视频画面中移动方针检测切割正确率最高，均匀可到达87.7%。
2)图画实时盯梢部分。如前所述，实际监控环境中存在许多搅扰，体系有可能会呈现误判与跟丢方针物的现象，为了处理这种状况，有必要调整上位机守时时刻Ti，当本次盯梢守时结束时，当即更新数据，从头加载方针物检测与切割。
为了查验数据的的正确性，咱们对摄像机收集到的图画进行了剖析，体系在60 s中共收集了1 420帧图画，差不多每帧图画处理时刻为24 mS左右，每秒处理23帧图画，基本上能够满意实时图画处理。试验记载成果如表2所示。
从表2能够看出，在规则的时刻段中，体系对盯梢的移动方针物正确切割维持在81%以上。
3)体系全体测验。在本体系中，体系以我市内公路上移动的轿车为例进行了盯梢测验。首要依据公式(10)设定移动阈值Ts，然后收集图画并对图画进行区域检测与切割，得到图画显着图，然后核算图画的质心坐标与类似度Sim，当移动阈值Ts有改变时，当即更新芯片数据，从头核算质心坐标与类似度Sim。下面是我市拍摄到的监控图画，图4(a)双向行进中的轿车，当咱们所感兴趣的4辆轿车移动到(b)地点的方位时，因为(a)图中左面的第1辆轿车跨过了监控区，体系则当即更新数据盯梢到随后而来的第2辆轿车，而在(a)图中右边的2辆轿车一直在体系的监控规模，仅仅画面中的移动方针质心产生了改动，所以体系跟新数据后有用的确定了方针。
图5为本体系对什物小轿车移动方针的监控与盯梢，从图6(a)(b)成果能够看出，只需设定好体系移动方针阈值T(s)，当咱们对当时画面感兴趣的移动方针进行盯梢确定后，只需移动方针不超出摄像头的监控规模，那么图画就会一直在操控规模类确定并追寻，当移动方针超出监控规模后，体系调整当即更新数据已对下一方针从头进行检测与切割并能敏捷确定方针，具有较强的自适应性，灵敏性和可靠性。
4 结束语
文中规划的这一款依据单片机的移动方针监控体系，该体系直接运用现有的网络摄像机作为监控摄像头，以3G信号或各种WiFi信号为网络，将收集到的图画经过无线网络直接上传给单片机体系进行处理。该体系充分运用了现有的各种资源，体系制造简略，保护便利，一起选用模块化规划，可移植性很强，在风险、不知道环境的勘探、监控等范畴有很好的运用价值。
