基于圖像識別的校園安全監測系統

李正南 胡曉彤 朱玉倩 楊朝陽 丁昂 天津科技大學

基于圖像識別的校園安全監測系統

李正南 胡曉彤 朱玉倩 楊朝陽 丁昂 天津科技大學

智能視頻監控是通過計算機視覺技術處理、分析和理解視頻信號，無需人為干預，通過自動分析定位和監控變化在場景識別和跟蹤中的圖像序列，并基于分析判斷目標在異常情況下的行為，及時報警或提供有用信息，有效幫助安全人員應對危機，最大限度地減少誤報和漏報。

校園安全 視頻監控 智能識別

1 校園智能安全監控與報警系統的研究背景及開發意義

在實施多種安全措施中，最有效的是將視頻監控系統覆蓋學校的各個點位。利用大量攝像機監控關鍵區域。但是傳統視頻監控方案無法實現對監控場景進行自動化的智能分析，只能通過監控工作人員對監控視頻進行排查監視。很多時候這些視頻只能作為事后查證的一種手段，這種方式往往已不能有效地阻止危險事件的發生。

視頻中運動的對象，包括車輛、行人以及其他物體都是基于運動目標檢測與跟蹤技術的智能視頻監控技術的主要焦點。通過對監控視頻中運動對象的分析，系統可以具有智能功能，自動區分視頻中的冗余信息和有效信息，并為異常事件的預警做好準備。

2 系統需求分析與概要設計

2.1 校園視頻安防軟件的需求分析

本系統功能范圍：

視頻數據處理與分析采用來自本地視頻文件或攝像頭實時捕捉到的畫面作為視頻分析數據，使用OpenCV函數庫進行數據分析與視頻背景的建模。

我們對從攝像頭或者本地視頻文件中獲取的視頻數據幀進行數據分析，通過利用Opencv函數庫分別從以下幾個方面對視頻進行了數據處理：背景建模、景提取、目標檢測、目標跟蹤。

2.2 系統總體結構設計

本系統使用 MFC框架開發，視頻數據分析的技術來自OpenCV視覺函數庫，通過對視頻數據的運算分析，判斷計算出監控點位實時的情況等，比如說深夜中異常出現的行人與白天正常上課的學生的區分方法，還有異常目標對監控探頭等進行的破壞活動等各個方面的計算與分析，系統的功能如圖2-1所示。

圖2 -1 校園安防視頻監控與報警系統整體設計框架

該系統視頻數據分析算法主要用于研究和統計建模，視頻分析結果顯示界面顯示給通用系統用戶——主要是提供給保安等安全人員作分析。

圖2 -2 校園安防視頻監控與報警系統視頻處理流程圖

2.3 系統功能模塊介紹

2．3．1 系統功能模塊介紹

本系統主要由兩部分構成，即系統管理模塊和視頻數據分析模塊。每個模塊的主要介紹如下：

（1）系統管理

系統管理包括安全人員賬戶管理和異常信息的管理。

用戶管理：由于本系統涉及到攝像監控等數據，所以要對操作人員進行身份驗證，避免泄露隱私數據。

本系統的用戶管理包括：賬號信息的修改操作，例如密碼的變更等操作。 安全人員登陸：系統中的安全人員擁有自己的帳戶號碼和密碼，所有擁有權限的安全人都可以登錄到系統中。

（2）視頻分析模塊

運動檢測：運動目標在視頻序列中的位置可以由相鄰幀之間的關系分析得到。

行人識別：通過將視頻與背景進行差運算，得到所加載視頻中的前景目標，并利用其形狀特征（例如： 長寬比、面積）初步篩選出視頻中的目標。

異常記錄：當系統在設定時間段檢測到異常目標，對視頻畫面進行截圖并保存，同時將異常記錄存入數據庫中。

異常歷史查詢：使用設定的日期對異常記錄進行查詢，方便安全人員事后排查。

3 系統的詳細設計與實現

3.1 視頻圖像處理

在本系統中，通過調用cvThreshold 函數對單通道數組進行閾值固定操作。進行二值化處理的最常見的方法，就是使用這個函數對灰度化的圖像進行閾值運算。(cvcmps也能做到這一點。)或消除噪音，例如過濾小或非常大的像素值。本函數可以使用對應參數來確定取閾值的方法。實現代碼如下：

cvThreshold(silh， silh，30，255，CV_THRESH_BINARY)；

通過調用 cvSmooth 函數可以使用很多種平滑圖像的方法。每一種方法都有自己的特點以及應用場景。當面對沒有經過縮放的圖像時，只能對圖像進行單通道平滑操作，支持8位，16位，32位，和32位浮點等多種格式。

無論是單通道還是3通道，又或是8比特和32比特的浮點圖像,簡單濾波和高斯濾波都可以進行運算。并且這兩種濾波方法都可以在源數據上處理圖像。

cvSmooth(dst, dst,CV_MEDIAN,3,0,0,0)；// 中值濾波，消除小的噪聲

形態學濾波理論在20世紀90年代被提出，用于離散圖形的分析和處理。

cvDilate(pyr,pyr,0,1)；

3.2 鏈接ODBC數據源

3．2．1 ODBC 鏈接 MySql

打開ODBC，在用戶DSN中點擊添加，選擇mysql odbc unicode driver。在Data Source Name中為數據源命名CamLogin，Deccription框內為描述；TCP/IP Sever 填寫localhost；User填寫mysql用戶名，Password填寫mysql密碼。當以上均填寫準確時，Database就能夠有獲取到數據供你操作了。而后點擊Test，顯示successful則成功。

3．2．2 MFC 鏈接 ODBC

通過使用類向導，點擊添加類中的MFC ODBC使用者，選擇數據源選項，并新建Cuserinfo類。

3.3 網絡攝像頭的配置

3．3．1 網絡攝像頭介紹

網絡攝像頭一種由傳統相機和網絡技術相結合產物，它可以在有線或無線網絡上產生并傳送數字視頻流。

3．3．2 網絡攝像頭的連接

本系統測試階段使用的攝像頭為沃仕達T7866WIP，攝像頭與電腦直接的數據連接采用的是CGI協議。

3．4 校園安全監控與報警系統主界面設計

界面控件設置

設置主界面上的控件屬性，添加控件的觸發事件，

[1]張陽. 復雜交通場景中基于視頻的行人檢測與跟蹤若干關鍵問題研究[D].華南理工大學,2013.

[2]劉永森. 行人檢測與跟蹤方法研究[D].電子科技大學,2016.

[3]尹俊超,劉直芳. 基于OpenCV的運動目標檢測與跟蹤[J]. 計算機工程與設計,2011,08:2817-2820.

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[5]夏紅麗. 中小學校視頻監控中的行人檢測方法研究[D].蘇州大學,2014.

項目編號:201610057025。