基于RFID的智能視頻監控報警系統

許創強，林澤敏

（韓山師范學院，潮州　521041）

基于RFID的智能視頻監控報警系統

許創強，林澤敏

（韓山師范學院，潮州521041）

1　研究新型視頻監控報警系統的意義

視頻監控，即人們通過攝像頭對指定區域進行監控，并能夠對監控畫面進行采集，保存以及處理。主要用于防止犯罪事件產生和記錄犯罪事件證據，是很多場所保障其安全性的基礎。現在大多數監控系統都是實時記錄，如果監控范圍內有發生物體動作，那也需要旁邊有人，才會產生報警。這樣一來，其安全性就表現出了不足，而且，實時記錄也需要很大的硬盤存儲容量。隨著人們對自身和財產的安全需求也不斷的提高，傳統的監控技術在安全性和智能性等方面逐漸顯示了其不足，因此研究新型的監控技術成為一個必然的趨勢。

本系統主要分為RFID硬件模塊，PC應用軟件和高清攝像頭三部分。使用數據線將RFID硬件模塊與電腦連接，PC應用軟件用于調用高清攝像頭與接收硬件模塊傳過來的數據，對監控畫面進行處理和分析，并且產生相應報警處理。與傳統監控技術相比，本文存在以下幾點優勢：

（1）安全性：監控線程啟動后，系統對指定區域進行監控，分析監控畫面中的人或物體動作幅度，如果監控見面異常閾值超過用戶所設定，則觸發報警處理線程，通過多線程分別執行多個報警功能，播放聲音、自動記錄監控畫面、通過Socket遠程傳送監控畫面、保存觸發報警畫面并通過郵件附件形式發送指定帳號。

（2）智能性：結合RFID技術，通過RFID技術能對攜帶RFID電子標簽的監控目標進行識別并讀出相應的信息，實現了對監控目標身份進行識別。

（3）SSIM（Structure SIMilarity:結構相似度）算法：通過MATLAB實現改進SSIM算法，通過場景亮度，對比度和結構分析監控目標的動作幅度。根據分析結果產生相應的報警，并自動記錄，節省了磁盤的存儲空間。

2　基于RFID視頻監控報警系統設計

本文提出視頻監控報警系統是建立在一個C# Winform程序基礎上，程序可通過調用API函數調用監控攝像頭。該系統分為監控模塊，報警處理模塊，系統設置模塊。監控模塊啟動監控線程后，系統調用攝像頭對一定范圍進行監控，并且應用SSIM算法對監控畫面進行分析，得到監控畫面的改變幅度大小。PC端通過USB口連接RFID閱讀器，監控系統通過串口讀取閱讀器發送電子標簽的數據，根據設定好的通信協議和編碼解析出監控畫面內目標所攜帶電子標簽的信息，從而得到監控目標的身份。報警處理模塊根據監控模塊的結果判斷是否執行報警線程。系統設置模塊主要對監控參數、遠程主機地址及端口、RFID通信協議等參數的設置。

系統工作流程設計如下：

（1）將RFID硬件模塊與電腦通過U轉串數據線進行連接，并確定電子標簽與閱讀器之間能進行通信。

（2）軟件系統的監控端調用高清攝像頭，顯示監控畫面，但并不進行采集和保存。

（3）將RFID模塊與應用軟件系統建立連接，確認能通過串口進行數據通信。

（4）軟件系統的遠程端和監控端，確認能實現Socket通信。

（5）如果監控畫面發生異常，系統軟件必須調用由MATLAB編譯生成的實現改進SSIM算法的DLL，或者調用C#封裝的對比RGB方法進行分析，并同時分析硬件模塊傳來的數據，得出結果，根據用戶設定模式進行報警處理。

圖1為系統的工作流程圖。

圖1　系統的工作流程圖

在本文研究中所用到的是DSM-300模塊，是專用于RFID的識別和編程。工作在2.4GHz-2.5GHz微波段，模塊內置天線，應答器為有源電子標簽。最大識別范圍8米。RFID模塊通過數據線與計算機連接。

模塊正常工作時發給軟件系統的一次完整數據格式如表1所示。

表1　數據編碼格式

SSIM是一種分析兩副圖像相似度的算法，分析原理主要從亮度、對比度和圖像中物體的結構三個方面進行衡量。

在對比分析軟件系統提供的兩張圖像時，首先圖像中物體結構信息不應該受到亮度的影響，因此在計算結構信息時需要減去亮度信息，即需要減掉圖像的均值，其次結構信息不應該受到圖像對比度的影響，因此計算結構信息時需要歸一化圖像的方差，最后我們就可以對圖像求取結構信息了，通常我們可以簡單地計算一下這兩幅處理后的圖像的相關系數，然而要得出兩張圖片的相異程度，也要考慮亮度信息和對比度信息的影響。因此在最后返回兩張圖像相似度時，要通過對亮度比較結果、對比度比較結果以及結構信息比較結果進行綜合的計算。其工作流程圖如圖2所示。

圖3

算方法如下：

其中為圖像x，y的協方差。

C1，C2，C3用保證返回結果的穩定性，通常C1= （K1*L）2，C2=（K2*L）2，C3=C2/2，K1＜＜1，K2＜＜1，L為像素的最大值，并由用戶在軟件系統中設定，將設定值傳給SSIM算法，用來定義分析監控畫面時的靈敏度。

軟件系統分為兩部分，監控端和遠程端，調用攝像頭，讀取RFID數據產生報警等工作是在監控端完成，而遠程端是監控端產生遠程傳輸報警時所用到的遠程主機，用于接收監控傳輸過來的畫面。通過這服務端（遠程）和客戶端（監控端）可實現不在監控線程卻能看到監控畫面。

（1）軟件系統工作流程

監控端負責調用 Avicap32.dll打開攝像頭，與DSM-300模塊建立通信協議，當監控線程工作后會啟動RFID監測線程，用來記錄RFID電子標簽進場和離場記錄，并自動保存，可供查看任意時段的記錄情況。同時，接收該模塊RFID閱讀器所讀到應答器的數據。接收到數據后結合攝像頭的監控工作模式產生的報警進行相應的處理。其中一個報警處理的功能是遠程傳輸監控畫面，所以就需要另一個應用軟件來接收監控端傳輸的畫面——遠程端。

軟件工作流程圖如圖3所示。

（2）軟件系統設計原理

本設計中應用軟件為C#Winform程序。包含兩部分，即兩個軟件，一個是監控端（主程序），另一個是遠程端（用來顯示監控端發來的畫面）。

監控端：主要是通過利用Avicap.dll調用攝像頭，將攝像頭的監控畫面顯示到一個PictureBox，當點擊啟動監控線程時，通過調用SSIM算法或封裝的RGB對比方法等多種模式達到識別攝像頭視線內是否有人或物闖入。主要識別原理是在100ms內截取兩張圖像。計算兩張圖像結構相似度或像素點RGB的差異值。根據返回來個值可判定兩張圖片的差異程度。當返回的值與用戶設定的閾值比較，超出閾值說明監控畫面發生變化，則定義為監控監控范圍內有物體發生動作，即達到了報警條件，當達到此條件時，系統檢測是否收到RFID模塊傳來的數據，因為在啟動監控線程后同時也啟動了RFID監測線程，如果檢測到模塊有傳來數據，則再開線程對數據進行分析和校驗，并記錄進場和離場情況。如果檢測到數據為特定的電子標簽數據，則不啟動報警，否則，啟動報警線程，根據用戶的設定發生報警處理方式。處理方式包括：郵件提醒，自動拍照，聲音報警和遠程傳送當前畫面。

遠程端：進入遠程端需要通過密碼登錄，進入后通過一個按鈕來啟動監聽線程，在監聽線程中定義一個Socket類綁定本機IP地址，然后監聽是否有客戶端連接上，如果有，就進入讀取數據的循環中，帶讀取到的Null數據時，說明一幀圖像讀取完成，再把讀的數據拼接起來，構成了一幀畫面顯示到PictureBox上，過程不斷重復，則顯示出了遠程監控畫面。

圖3　監控端監控線程工作流程圖

圖4　監控端窗口布局

圖5　監控設置窗口

3　結語

隨著安防市場的擴張，技術要求也在不斷提高，如何提高監控系統的安全性和智能性已經成為了一個新的研究方向。本文提出了一種分析監控畫面變化的方法并引入RFID技術的視頻監控系統，有效地改善了傳統視頻監控系統的局限性、功能單一性，提高了系統的安全性、實用性和智能化程度。充分利用現有技術資源，主要將研發的重點集中于軟件功能的使用性和可靠性。

圖6　RFID標簽記錄和查詢效果

從當前發展形式，我們大膽的猜想，以后的RFID編碼將會被國際標準化，那RFID將成為了周圍每一件物品的唯一ID，相當于當前物品條形碼。但不同的是，RFID標簽可以被RFID閱讀器感應到，當閱讀器需要尋找某件物品時，必須要發出一個磁場，而RFID標簽這個可以感受到磁場存在，并發生電磁感應現象而產生能量，但這微弱的能量卻足以使標簽將自己的信號發送出去，當閱讀器讀到了標簽信號時，立即從信號的來源判

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Video Surveillance；RFID；Image Analysis

Intelligent Video Surveillance and Alarm System Based on RFID

XU Chuang-qiang，LIN Ze-min
（Hanshan Normal University，Chaozhou 521041）

1007-1423（2015）25-0051-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.25.014

許創強（1992-），男，廣東揭陽人，本科，研究方向為物聯網、數字圖像處理、信息系統

2015-07-09

2015-08-26

在網絡發展如此迅速的環境下，傳統的視頻監控技術已經被高清數字化和網絡化所完全替代。隨著社會經濟的發展，視頻監控技術被廣泛應用在各個領域中，市場需求不斷增加，對監控技術的要求也不斷提高。基于RFID的智能視頻監控報警系統主要應用圖像分析算法分析視頻監控畫面，并用RFID識別視頻監控對象的身份，一旦產生報警，再通過多種技術執行報警處理線程。

視頻監控；RFID；圖像分析

Under the environment of rapid network development，the traditional technology of video surveillance has been completely replaced by HD digital and network.With the development of social economy，the technology of video surveillance is widely used in various fields；it has caused a growing demand for the market.The requirements for monitoring technology are also continuously improved.The intelligent video surveillance and video surveillance system based on RFID is mainly used the algorithm of image analysis to analyze video surveillance images.And the identity of video surveillance object is identified by RFID.Once the alarm is generated，the system will through a variety of technology to implement the processing thread of the alarm.