智能視頻監控系統設計與實現

楊棚程

摘 要：文章從視頻監控的意義、系統總體設計需求、云臺控制模塊與圖像采集顯示模塊的設計與實現以及靜態背景下的運動目標檢測等方面展開討論，并對智能視頻監控系統設計與實現提出了一些見解。

關鍵詞：智能視頻：監控系統：設計

0? ? 引言

隨著經濟與科技的不斷發展，視頻監控的覆蓋范圍已經很廣泛，而智能監控攝像頭的出現將如何去設計與應用也成為各界人士所關注的重點。計算機信息+視頻監控所衍生出的智能視頻監控系統能夠利用計算機技術把攝像機的視頻加以科技化處理，把不重要的鏡頭刪除，自動提取有用的信息，在防范、預警以及檢測等功能上實現其價值，視頻監控可以代替人類的監視，屬于一種輔助性道具。目前我國各行業對監控系統的需求量不斷提升，就連很多人們的家里也安裝了攝像頭，已經在一些銀行、商場以及交通路口等重要地段和人群聚集地設立，主要的方向就是放置在了容易出現危險且注視不到的地方，以保障人民的生命和財產安全。

1? ? 視頻監控的意義

信息的傳輸和儲存方式有很多，這其中視頻就是主要的媒體，在計算機硬軟件快速發展并提升的背景下，目前通過技術能夠將圖像快速且高效地處理，這是基于普通功能的一種提升，在視頻中對圖像處理的效果也是在很大程度上有所提高[1]。從前在安防領域的監控攝像頭已經在經濟水平提升基礎上逐漸普及到了社會各領域中，加上數字、網絡以及智能化的應用，雖然這種技術被一些超前的企業所運用，但是市場上還是沒有相關的產品作為支撐。現階段我國在數字化的研究上已經實現了實質性的進展，而諸如網絡攝像機和在線產品服務也相繼出現，這在很大程度上就能夠作為智能視頻監控推出的重要載體。智能攝像頭的功能細化分析能夠分為10個：實時監控功能能夠遠程的呈現出捕捉的畫面;錄像功能能夠對捕捉的畫面二次還原;報警功能可以對于一些意外事件利用事先制定好的設備進行報警并全過程錄像;電子地圖功能可以讓用戶直接將把已存在的監控攝像頭調取出來并遠程操控、數字矩陣功能就是可以遠程的對攝像頭進行上下左右幾個方向轉動，然后聚焦和切換位置等;用戶權限管理功能就是提前設置好操作的權限，用戶和管理員能夠有權利對其操作;日志管理功能是智能攝像頭監控期間會把一些設置好并捕捉到的鏡頭記錄下來并生成日志，方便日后的查看;設備及端口參數設置可以根據應用的環境和條件靈活調節;顏色的設置功能是能夠根據監控地的場合與光線等自由調節明暗程度;輔助功能是可以實現計算機智能系統當中的一些特色功能。

2? ? 系統總體設計需求

傳統的監控攝像系統相對來說比較被動，一般情況下都是對一個地方實施錄像，它有著持續的特性也就是能夠全天候的監視某一場景，需要連接到一個監視器如果區域比較大還要安裝多個攝像頭。從前都是利用在像銀行、保險庫等重要的地方，這種傳統的系統已經相當成熟了，除了能夠實行監控也能報警，這從廣義上能夠對生產、市場以及交通運輸等服務。雖然說能夠在一定程度上可以滿足于人們對于監控的需求，但是它也存在著很多弊端，比方說監控人員需要時刻注視著屏幕才能獲取其中的信息，對于一些關鍵點也要反復的查看分析與判斷才能找出來，如果說監控點比較多的話那么是無法實現全面監控的[2]。

2.1? 系統的需求分析

智能攝像頭的監控系統需要在攝像頭、儲存卡這兩個功能的支持上才能將圖像信息采集并顯示，然后把這些都以圖像或者是文件的格式搜集并儲存才能用于永久性的觀看，否則一般只能自動的儲存7天，也就是說一星期內的攝像頭可以調取，否則就會自動刪除騰出空間。要想讓攝像頭轉換其他角度的話需要操作人員手動控制，而且在運動檢測模塊來獲取目標然后定位，這些參數都可以為云臺攝像頭的驅動提供動力，然后獲取視頻當中的各種信息。在搜集到圖像或者運動數據以后，利用運動檢測的方法來捕捉目標，這樣一來云臺攝像頭的驅動就可以把參數折回。根據這些對監控系統的分析可以將分為4個模塊，第一個是圖像的采集和顯示模塊、第二個是儲存模塊、第三個是云臺攝像頭的控制模塊、第四個是運動檢測模塊[3]。

2.2? 系統的設計

智能攝像頭在系統的構成上需要軟件支持，其中系統的構成是以計算機信息技術、視頻采集技術以及固定攝像頭和云臺攝像機組成，而且兩個攝像頭都會連接到儲存和采集卡當中，云臺攝像頭會直接與計算機產生連接。對于系統當中的硬件組成表現出的功能有兩個，第一個是CCD攝像頭的圖像采集，第二個是云臺攝像頭的控制體系。對軟件的設計也是分成4個模塊，即信息的采集和圖像顯示模塊、儲存模塊等。把捕捉到的圖像按照某種文件的形式定格，運動中的圖像捕捉需要在計算法支持下才能提取，云臺攝像頭主要是通過控制才能完成全方位監控的。在系統設計始終攝像機需要有通信訊號作為載體才能把視頻安全地傳輸到采集和存儲卡當中，而信息和圖像的采集系統會把捕捉到的各種信息信號自動轉換成數字和視頻信號再傳輸，這種轉換的模式所輸出的數字與圖像能夠在計算機的顯示器上體現，或者是直接傳送到儲存卡，但是兩個工作無法正常進行。另外系統能夠將已經存儲的圖像進行自動化監測，而計算機則根據有效的計算和檢測方法把已經計算出來的結果傳輸給控制攝像機的云臺，這樣就完成一個整體的系統設計。

除此之外，在設計系統的時候應當從先進行、兼容性、擴展性以及高效性等原則基礎上去設計，先進行是要求技術的引進，根據目前和未來計算機信息技術基礎去對整個監控系統設計，然后引進先進的技術。兼容性是根據用戶在不同區域和時期范圍內對于攝像頭需求的數量去安裝，這一個設計的時候必須要保證設備和計算機硬件之間的接口與線路是否合理，而且最好是同一設備的廠家，避免不匹配的情況出現。另外對多個攝像機的存儲功能也要意識到，不能因為儲存不足而導致信息丟失。擴展性就是在行業不同基礎上去合理設置系統，比方說安保行業就要開啟人臉識別系統、娛樂設施應當融入客流量監控系統、銀行應當融入對資金統計的系統。而且在系統不斷升級的基礎上需要提供技術支持，在一些監控系統升級以后還能夠將功能普及到門禁和報警等方面。高效性是保證系統和軟件能夠快速且流暢，避免機器所造成的系統問題出現[4]。而在技術不斷推動的基礎上智能攝像頭當中的功能逐漸強化，所以在設計的時候就要根據客戶的需求去融入，這樣才能體現出智能攝像頭的價值。

3? ? 云臺控制模塊與圖像采集顯示模塊的設計與實現

3.1? 界面的設計

根據智能攝像機的功能需求展開分析，其中要是想實現對圖像和信息的采集并將其顯示出來，這就需要科學的格式并通過轉換或者修剪，一般都是通過應玚掃描或者是幀掃描這兩種方式，而圖像的儲存也包括自動存儲或者是人工修改格式這兩種。

3.2? 系統參數的設置

系統參數的設置分為3個步驟，對于參數當中出現的變量也包括采集卡視頻信號、掃描、亮度、飽和度等。在設置系統信息的時候應當從調色板、文件信息以及申請文件內存幾個方向設計。在使用采集卡所提供的函數時將已經設置好的變量數值傳輸到采集卡當中，然后再將其初始化，這樣就可以完成視頻的搜集和參數的設置。

3.3? 采集顯示模塊的實現

在采集圖像到儲存卡內實施控制然后初始化完成后就可以開啟采集的功能，存儲卡在對圖像采集完成以后會自動的存在指定位置，而且在這一過程當中把函數回調并將采集到的圖像都顯示出來，在此之前會先把圖像的大小格式都計算出來，然后才會進行下一步的鎖定儲存。最后把調整完的函數在緩沖區中把圖像的數據都放置進去，并把數據、格式實施交換，解鎖之后才能把緩沖區中已經交換的圖像數據顯示出來。

4? ? 靜態背景下的運動目標檢測

對于運動目標的檢測主要的目的就是能夠把區域內變化的圖像能夠準確地提取出來，這不論在什么類型的監控攝像頭當中都是至關重要的一個問題。在監控的區域中能夠通過智能化系統將其分成單模態與多模態這兩種，前者是處于什么環境之中，其中的條件并沒有太大變化，主要針對室內環境監測。首先是時域差分法，它主要是對一個比較小的室間隔中圖像所采用的像素時間分割，能夠提取期間運動的目標，而且在區域中會捕捉指定的背景和運動目標。其次是背景差法，在目前圖像和它背景之間的差分，在提取其中的比值，以此把運動的目標分割出來。最后是光流場法，光流逝圖像的亮度，能夠把運動表現出來，它在圖像的灰度模式上可以展現出其中的信息。光溜和運動并不是一定對應，但是一般來說可以認為光流沒有區別，所以就能夠根據圖像中的運動再去預估相對運動。以上的闡述都是在靜態背景下才能利用的一種技術，背景差法測試目標所得到的是目標的位置，在固定的攝像頭和云臺攝像頭搜集圖像的區域內采集信息會比較全面，而且其中的細節也都能極大地展現出來。

5? ? 結語

綜上所述，智能監控系統在數字圖像的處理技術上可以將實時視頻或者是文件的場景進行分析，這樣就可以把運動的目標捕捉或者跟蹤，同時將其存儲，在24小時全天候監控的基礎上就可以為工作人員減輕很多負擔。但是，目前在對智能監控系統的設計和應用上還沒有徹底的普及，技術上也有著不足之處，所以這就要求相關的技術科研人員加強對這一方面的重視，并在不斷完善的基礎上為我國社會發展做出安全保障。

[參考文獻]

[1]張雙亮，譚壯壯，張鳳紅，等.海上平臺智能安防監控系統設計及研究[J].紅外，2020（9）：42-48.

[2]馮黎明，伍淑輝，卓勇.油氣管道安全防護智能視頻監控系統設計[J].石油工業技術監督，2020（8）：48-51，60.

[3]高源，閆韜，滿成，等.基于監控組態軟件的變電站智能視頻監控系統設計[J].現代電子技術，2020（16）：18-20，25.

[4]郭均紡，張若妤，陳淑潔，等.高校實驗室安全智能化視頻監控系統設計[J].實驗室研究與探索，2020（5）：297-301.

（編輯 傅金睿）