1、基于异常行为检测的嵌入式智能监控系统设计与实现目录页2目录页1课题背景及研究意义2系统总体方案设计3运动目标检测算法研究4系统软件详细设计与实现研研究究重重点点5系统测试与工作总结过渡页3过渡页课题研究背景与意义1 11课题背景及研究意义RESEARCH BACKGROUND AND SIGNIFICANCE4壹课题背景及研究意义人们安全意识及财产保护意识增强监控系统日渐智能化嵌入式芯片的处理能力突飞猛进移植、扩展难度大异常检测准确率不高维护和管理难度大B/S模式改进ViBe目标检测基于OpenCV等通用函数库过渡页5过渡页2系统总体方案设计OVERALL PROJECT DESIGN6贰贰系
2、统总体方案设计系统总体结构用户终端网络传输监控终端 7贰贰系统总体方案设计1 14 42 25 53 36 6需求分析需求分析需求分析其他需求：稳定性、安全性、易用性、扩展性当用户端请求观看视频时，嵌入式终端设备需要通过网络向客户传输视频数据实时监控监控终端需要对监控场景进行自动的分析，检测出其中的异常行为并报警智能分析当监控场景中出现运动目标时，终端设备需要将相应的视频片段本地化存储视频存储管理员用户能够对存储在监控终端设备中的视频片段进行查看、删除等操作视频管理用户可以对监控系统运行及检测时所需的参数根据环境动态的设定交互控制管理员可对系统的合法访问用户进行新增、删除、修改等操作用户管理8
3、贰贰系统总体方案设计系统总体设计方案应用软件层硬件层系统软件层9贰贰系统总体方案设计系统开发平台选型硬件平台嵌入式数据库嵌入式Web服务器嵌入式操作系统Linuxn移植性强、内核小n安全可靠、免费开源n开发成本低、易操作n运行稳定，网络库完完善S5PV210TQ210n自带硬件编解码单元n主频高代1GHz，可进行高速运算n丰富的外围电路Boan支持CGI和认证功能n运行速度快且占用内存少n移植性、通用型强 Sqliten存储数据少n资源占用空间小n运行处理速度快过渡页10过渡页3运动目标检测算法研究KEY TECHNICAL ANALYSIS 11叁叁运动目标检测算法研究异常行为检测流程图像平
4、滑处理图像增强、形态学处理表征图像光流特征、图像能量帧间差分法背景减除法光流法本文重点研究内容12叁叁运动目标检测算法研究帧间差分法帧间差分法流程图帧间差分法流程图三帧差分法流程图三帧差分法流程图改进帧间差分法流程图改进帧间差分法流程图实验平台配置实验平台配置 处理器处理器Intel Pentium系列CPU主频主频2.2GHz内存内存2GB仿真工具仿真工具Matlab13叁叁运动目标检测算法研究背景减除法流程图背景减除法流程图模型初始化模型初始化12( ),NM xv vv算法优点算法优点检测速度快、内存占用少检测效果好算法缺点算法缺点背景减除法改进改进ViBeViBe算法流程算法流程视频片
5、段视频片段包含帧数包含帧数ViBe时间时间(秒秒)改进算法时间改进算法时间(秒秒)Bootstrap3055121139LightSwitch2715104130MovedObject17456978TimeOfDay5890225279总计总计13405519626伴有“鬼影”现象对光照敏感ViBe算法原始原始ViBeViBe 25.825.8帧帧/s/s改进后算法改进后算法 21.421.4帧帧/s/s过渡页14过渡页4系统软件详细设计与实现DESIGN AND IMPLEMENTATION 15肆肆系统软件详细设计与实现软件功能模块总体设计软件功能模块图2大组成部分视频编码模块、异常检测
6、模块、监控视频传输模块、交互消息控制模块是介绍重点16肆肆系统软件详细设计与实现视频编码模块传统监控系统结构传统监控系统结构图图缺点：缺点： 对网络的带宽有着很高的要求。系统的维护和运营成本很高。本文方案：本文方案：进行视频的本地化存储传输采用固定码率的CBR编码存储使用可变码率的VBR编码17肆肆系统软件详细设计与实现视频编码模块存储编码通道存储编码通道CBR编码VBR编码传输编码通道传输编码通道18肆肆系统软件详细设计与实现2xx, y, t)+x+y( )xyIIIIItt ( + x,y+ y,t+ t)=（异常检测模块图像特征计算光流特征计算光流特征计算0 xxxVVVxy 0yyy
7、VVVxy图像能量计算图像能量计算光流速度幅值光流速度幅值,22,( )( )( )i ji ji jxyVnVnVn速度方向角速度方向角,( )arctan( )i ji jxyVnAngleVn速度方向角度速度方向角度差差,max( )( )(1)i ji jAnglenAnglenAnglen主主方向角度方向角度,max( )( )arctan( )i ji jrightdownyi up j leftrightdownxi up j leftVnAnglenVn 动能计算动能计算势能计算势能计算( )( )( )kpE nEnEn dow n2,( , )( )( )kkkkright
8、ki ji ji upj l eftEn kMn Vn 122211,01( )2122pnumnumijij ii jnumK m mEnnumrK m mnumr,22,|( )|( )|( )(10)(10)i ji ji jAnglenMaxAnglenMn动能动能势能势能质量权重质量权重19肆肆系统软件详细设计与实现异常行为检测方案快速通过检测流程快速通过检测流程暴力事件检测流程暴力事件检测流程非法入侵检测流程非法入侵检测流程20肆肆系统软件详细设计与实现异常行为检测流程字段字段字段类型字段类型非空约束非空约束主键约束主键约束外键约束外键约束备注备注idINTnot nullprim
9、ary key报警编号alarmTimeTEXTnot null报警发生的时间equipmentIDINTnot null设备IDeventTypeIDINTnot nullforeign key报警类型IDvideoPathVARCHAR(64)not null异常视频存放路径字段字段字段类型字段类型非空约束非空约束主键约束主键约束外键约束外键约束备注备注eventTypeIDINTnot nullprimary key报警类型IDeventTypeVARCHAR(32)not null报警事件类型改进ViBe AT+CMGF=1 /设置为文本模式 AT+CSMP=17,167,2,25 /
10、设置文本模式参数 AT+CSCS=UCS2 /设置字符集支持中文短信 AT+CMGS /发送短信21肆肆系统软件详细设计与实现视频传输模块主线程主线程视频采集线程视频采集线程视频传输线程视频传输线程22肆肆系统软件详细设计与实现消息交互模块CGI环境变量环境变量变量名变量名变量说明HTTP-REFERER调用该CGI程序的网页URLREMOTE-HOST调用该CGI程序的Web浏览器机器名和域名网页的URLSCRIPT-NAME该CGI程序的名称QUERY-STRING使用GET时数据通过QUERY-STRING传递给CGI程序CONTENT-TYPE传递给CGI程序数据的MIME类型CONT
11、ENT-LENGTH通过OST方法传递给CGI程序的数据字节长度REQUEST-METHODWeb服务器向CGI传递数据所采用的方法CGI工作模式工作模式过渡页23过渡页5系统测试与工作总结TEST RESULT AND FUTURE WORK24伍伍系统测试及工作总结系统测试及工作总结测试环境搭建嵌入式监控设备嵌入式监控设备：1 1台台PCPC电脑：电脑：1 1台台手机：手机：1 1个个测试方法：测试方法：黑盒测试黑盒测试白盒测试白盒测试单元测试单元测试集成测试集成测试25伍伍系统测试及工作总结系统测试及工作总结功能测试用户登录用户登录实时预览实时预览参数设置参数设置视频管理视频管理用户管理
12、用户管理异常查询异常查询短信报警短信报警26伍伍系统测试及工作总结系统测试及工作总结功能测试用户登录用户登录实时预览实时预览参数设置参数设置视频管理视频管理用户管理用户管理异常查询异常查询短信报警短信报警27伍伍系统测试及工作总结系统测试及工作总结功能测试用户登录用户登录实时预览实时预览参数设置参数设置视频管理视频管理用户管理用户管理异常查询异常查询短信报警短信报警28伍伍系统测试及工作总结系统测试及工作总结功能测试用户登录用户登录实时预览实时预览参数设置参数设置视频管理视频管理用户管理用户管理异常查询异常查询短信报警短信报警29伍伍系统测试及工作总结系统测试及工作总结功能测试用户登录用户登录
13、实时预览实时预览参数设置参数设置视频管理视频管理用户管理用户管理异常查询异常查询短信报警短信报警30伍伍系统测试及工作总结系统测试及工作总结功能测试用户登录用户登录实时预览实时预览参数设置参数设置视频管理视频管理用户管理用户管理异常查询异常查询短信报警短信报警31伍伍系统测试及工作总结系统测试及工作总结性能测试异常行为识别准确率异常行为识别准确率实时性实时性视频传输性能视频传输性能32伍伍系统测试及工作总结系统测试及工作总结性能测试行为行为类别类别单人正单人正常常行走行走多多人人交交叉叉行走行走多人多人并并排行排行走走单人单人快快速速通过通过非法非法入侵入侵打架打架斗殴斗殴多多人人交叉突交叉突
14、然然有人加速有人加速检测检测次数次数50505050505050报警报警次数次数03240484132异常行为识别准确率异常行为识别准确率实时性实时性视频传输性能视频传输性能行为识别准确率 80.5% 误检率 3.33%33伍伍系统测试及工作总结系统测试及工作总结性能测试序号序号嵌 入 式 服 务嵌 入 式 服 务器器发送帧数发送帧数PC客户端客户端所耗时间所耗时间（秒）（秒）fps接收帧数显示帧数160005985592524923.795260005976596924923.972360005973597324923.988460005983598324824.12556000598159
15、7524923.996660005972597224923.984760005967594624923.880860005995599524924.076960005974597224923.9841060005975597524923.996异常行为识别准确率异常行为识别准确率实时性实时性视频传输性能视频传输性能显示帧率 24帧/s 失帧率 0.3%34伍伍系统测试及工作总结系统测试及工作总结已完成的工作未来工作展望n改进了系统中的运动目标检测算法，使其在时间复杂度牺牲不大的情况下获得了更好的检测性能n完成了系统需求分析和总体结构设计，并完成了系统各功能模块详细实现n测试验证了系统的各个功能模块n实现嵌入式智能监控的远程控制与访问；通过带宽更加紧张的无线形式传输监控视频n降低系统的误警率、虚警率，同时增加更多可检测异常行为的种类n功能还需更进一步的扩展以及系统Web页面的设计还需进行美化工作总结与展望
