智能视频监控系统设计与实现

杨棚程

摘 要：文章从视频监控的意义、系统总体设计需求、云台控制模块与图像采集显示模块的设计与实现以及静态背景下的运动目标检测等方面展开讨论，并对智能视频监控系统设计与实现提出了一些见解。

关键词：智能视频：监控系统：设计

0    引言

随着经济与科技的不断发展，视频监控的覆盖范围已经很广泛，而智能监控摄像头的出现将如何去设计与应用也成为各界人士所关注的重点。计算机信息+视频监控所衍生出的智能视频监控系统能够利用计算机技术把摄像机的视频加以科技化处理，把不重要的镜头删除，自动提取有用的信息，在防范、预警以及检测等功能上实现其价值，视频监控可以代替人类的监视，属于一种辅助性道具。目前我国各行业对监控系统的需求量不断提升，就连很多人们的家里也安装了摄像头，已经在一些银行、商场以及交通路口等重要地段和人群聚集地设立，主要的方向就是放置在了容易出现危险且注视不到的地方，以保障人民的生命和财产安全。

1    视频监控的意义

信息的传输和储存方式有很多，这其中视频就是主要的媒体，在计算机硬软件快速发展并提升的背景下，目前通过技术能够将图像快速且高效地处理，这是基于普通功能的一种提升，在视频中对图像处理的效果也是在很大程度上有所提高[1]。从前在安防领域的监控摄像头已经在经济水平提升基础上逐渐普及到了社会各领域中，加上数字、网络以及智能化的应用，虽然这种技术被一些超前的企业所运用，但是市场上还是没有相关的产品作为支撑。现阶段我国在数字化的研究上已经实现了实质性的进展，而诸如网络摄像机和在线产品服务也相继出现，这在很大程度上就能够作为智能视频监控推出的重要载体。智能摄像头的功能细化分析能够分为10个：实时监控功能能够远程的呈现出捕捉的画面;录像功能能够对捕捉的画面二次还原;报警功能可以对于一些意外事件利用事先制定好的设备进行报警并全过程录像;电子地图功能可以让用户直接将把已存在的监控摄像头调取出来并远程操控、数字矩阵功能就是可以远程的对摄像头进行上下左右几个方向转动，然后聚焦和切换位置等;用户权限管理功能就是提前设置好操作的权限，用户和管理员能够有权利对其操作;日志管理功能是智能摄像头监控期间会把一些设置好并捕捉到的镜头记录下来并生成日志，方便日后的查看;设备及端口参数设置可以根据应用的环境和条件灵活调节;颜色的设置功能是能够根据监控地的场合与光线等自由调节明暗程度;辅助功能是可以实现计算机智能系统当中的一些特色功能。

2    系统总体设计需求

传统的监控摄像系统相对来说比较被动，一般情况下都是对一个地方实施录像，它有着持续的特性也就是能够全天候的监视某一场景，需要连接到一个监视器如果区域比较大还要安装多个摄像头。从前都是利用在像银行、保险库等重要的地方，这种传统的系统已经相当成熟了，除了能够实行监控也能报警，这从广义上能够对生产、市场以及交通运输等服务。虽然说能够在一定程度上可以满足于人们对于监控的需求，但是它也存在着很多弊端，比方说监控人员需要时刻注视着屏幕才能获取其中的信息，对于一些关键点也要反复的查看分析与判断才能找出来，如果说监控点比较多的话那么是无法实现全面监控的[2]。

2.1  系統的需求分析

智能摄像头的监控系统需要在摄像头、储存卡这两个功能的支持上才能将图像信息采集并显示，然后把这些都以图像或者是文件的格式搜集并储存才能用于永久性的观看，否则一般只能自动的储存7天，也就是说一星期内的摄像头可以调取，否则就会自动删除腾出空间。要想让摄像头转换其他角度的话需要操作人员手动控制，而且在运动检测模块来获取目标然后定位，这些参数都可以为云台摄像头的驱动提供动力，然后获取视频当中的各种信息。在搜集到图像或者运动数据以后，利用运动检测的方法来捕捉目标，这样一来云台摄像头的驱动就可以把参数折回。根据这些对监控系统的分析可以将分为4个模块，第一个是图像的采集和显示模块、第二个是储存模块、第三个是云台摄像头的控制模块、第四个是运动检测模块[3]。

2.2  系统的设计

智能摄像头在系统的构成上需要软件支持，其中系统的构成是以计算机信息技术、视频采集技术以及固定摄像头和云台摄像机组成，而且两个摄像头都会连接到储存和采集卡当中，云台摄像头会直接与计算机产生连接。对于系统当中的硬件组成表现出的功能有两个，第一个是CCD摄像头的图像采集，第二个是云台摄像头的控制体系。对软件的设计也是分成4个模块，即信息的采集和图像显示模块、储存模块等。把捕捉到的图像按照某种文件的形式定格，运动中的图像捕捉需要在计算法支持下才能提取，云台摄像头主要是通过控制才能完成全方位监控的。在系统设计始终摄像机需要有通信讯号作为载体才能把视频安全地传输到采集和存储卡当中，而信息和图像的采集系统会把捕捉到的各种信息信号自动转换成数字和视频信号再传输，这种转换的模式所输出的数字与图像能够在计算机的显示器上体现，或者是直接传送到储存卡，但是两个工作无法正常进行。另外系统能够将已经存储的图像进行自动化监测，而计算机则根据有效的计算和检测方法把已经计算出来的结果传输给控制摄像机的云台，这样就完成一个整体的系统设计。

除此之外，在设计系统的时候应当从先进行、兼容性、扩展性以及高效性等原则基础上去设计，先进行是要求技术的引进，根据目前和未来计算机信息技术基础去对整个监控系统设计，然后引进先进的技术。兼容性是根据用户在不同区域和时期范围内对于摄像头需求的数量去安装，这一个设计的时候必须要保证设备和计算机硬件之间的接口与线路是否合理，而且最好是同一设备的厂家，避免不匹配的情况出现。另外对多个摄像机的存储功能也要意识到，不能因为储存不足而导致信息丢失。扩展性就是在行业不同基础上去合理设置系统，比方说安保行业就要开启人脸识别系统、娱乐设施应当融入客流量监控系统、银行应当融入对资金统计的系统。而且在系统不断升级的基础上需要提供技术支持，在一些监控系统升级以后还能够将功能普及到门禁和报警等方面。高效性是保证系统和软件能够快速且流畅，避免机器所造成的系统问题出现[4]。而在技术不断推动的基础上智能摄像头当中的功能逐渐强化，所以在设计的时候就要根据客户的需求去融入，这样才能体现出智能摄像头的价值。

3    云台控制模块与图像采集显示模块的设计与实现

3.1  界面的设计

根据智能摄像机的功能需求展开分析，其中要是想实现对图像和信息的采集并将其显示出来，这就需要科学的格式并通过转换或者修剪，一般都是通过应玚扫描或者是帧扫描这两种方式，而图像的储存也包括自动存储或者是人工修改格式这两种。

3.2  系统参数的设置

系统参数的设置分为3个步骤，对于参数当中出现的变量也包括采集卡视频信号、扫描、亮度、饱和度等。在设置系统信息的时候应当从调色板、文件信息以及申请文件内存几个方向设计。在使用采集卡所提供的函数时将已经设置好的变量数值传输到采集卡当中，然后再将其初始化，这样就可以完成视频的搜集和参数的设置。

3.3  采集显示模块的实现

在采集图像到储存卡内实施控制然后初始化完成后就可以开启采集的功能，存储卡在对图像采集完成以后会自动的存在指定位置，而且在这一过程当中把函数回调并将采集到的图像都显示出来，在此之前会先把图像的大小格式都计算出来，然后才会进行下一步的锁定储存。最后把调整完的函数在缓冲区中把图像的数据都放置进去，并把数据、格式实施交换，解锁之后才能把缓冲区中已经交换的图像数据显示出来。

4    静态背景下的运动目标检测

对于运动目标的检测主要的目的就是能够把区域内变化的图像能够准确地提取出来，这不论在什么类型的监控摄像头当中都是至关重要的一个问题。在监控的区域中能够通过智能化系统将其分成单模态与多模态这两种，前者是处于什么环境之中，其中的条件并没有太大变化，主要针对室内环境监测。首先是时域差分法，它主要是对一个比较小的室间隔中图像所采用的像素时间分割，能够提取期间运动的目标，而且在区域中会捕捉指定的背景和运动目标。其次是背景差法，在目前圖像和它背景之间的差分，在提取其中的比值，以此把运动的目标分割出来。最后是光流场法，光流逝图像的亮度，能够把运动表现出来，它在图像的灰度模式上可以展现出其中的信息。光溜和运动并不是一定对应，但是一般来说可以认为光流没有区别，所以就能够根据图像中的运动再去预估相对运动。以上的阐述都是在静态背景下才能利用的一种技术，背景差法测试目标所得到的是目标的位置，在固定的摄像头和云台摄像头搜集图像的区域内采集信息会比较全面，而且其中的细节也都能极大地展现出来。

5    结语

综上所述，智能监控系统在数字图像的处理技术上可以将实时视频或者是文件的场景进行分析，这样就可以把运动的目标捕捉或者跟踪，同时将其存储，在24小时全天候监控的基础上就可以为工作人员减轻很多负担。但是，目前在对智能监控系统的设计和应用上还没有彻底的普及，技术上也有着不足之处，所以这就要求相关的技术科研人员加强对这一方面的重视，并在不断完善的基础上为我国社会发展做出安全保障。

[参考文献]

[1]张双亮，谭壮壮，张凤红，等.海上平台智能安防监控系统设计及研究[J].红外，2020（9）：42-48.

[2]冯黎明，伍淑辉，卓勇.油气管道安全防护智能视频监控系统设计[J].石油工业技术监督，2020（8）：48-51，60.

[3]高源，闫韬，满成，等.基于监控组态软件的变电站智能视频监控系统设计[J].现代电子技术，2020（16）：18-20，25.

[4]郭均纺，张若妤，陈淑洁，等.高校实验室安全智能化视频监控系统设计[J].实验室研究与探索，2020（5）：297-301.

（编辑 傅金睿）